本发明属于核酸修饰技术领域，尤其涉及一种含有光敏单元的核酸及其制备方法。
背景技术：
随着生物技术的发展，对天然生物大分子进行官能化是生物基材料设计、基因检测以及基因治疗等领域的重要手段。在聚核糖核酸(rna)和聚脱氧核糖核酸(dna)的研究领域中，非酶切断连接单元的引入是进行适配体筛选、基因治疗、蛋白质工程以及生物材料设计的基本设计。核酸序列的可控切断在分子生物学、高灵敏检测技术、蛋白质工程以及新型生物材料构建等领域具有重要的理论意义和应用价值。近年来人们开发出了多种可在物理或化学刺激下产生降解的连接试剂。
目前生物学家和材料学家已设计出了多种非酶切连接单元，并取得了较好的应用效果。其中光可降解连接单元(photolabilelinker)是一类受到广泛关注的降解单元，和传统的化学降解单元不同，光可降解单元降解时不引入其他化学成分，减少了在体系中引入不可预知因素的可能性；同时光源的波长、光照强度和时间均可控制，在实际操作中具有极大的灵活性，是一类具有较大市场价值的连接试剂，该类试剂与其他试剂相比具有如下优势：使用过程几乎不引入污染，操作灵活性较高，光源选择较多。
上世纪九十年来以来，核酸的人工合成技术已经成熟并市场化，适用于核酸的光可降解单元也被不断报道。人们将可在紫外及可见光区光进行光降解的2-硝基苄基作为光可降解单元，使其可以用于核酸的自动合成。但目前商业化以及文献专利中所修饰的含有光敏单元的核酸种类较少，无法满足日益增长的科研和商业需求，且现有技术中针对含有光敏单元的核酸合成步骤繁琐、分离纯化困难以及价格高昂等问题，限制了其更进一步的应用。
技术实现要素：
本发明针对上述的的技术问题，提出一种含有光敏单元的核酸及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种含有光敏单元的核酸，该化合物的结构式如i所示：
一种含有光敏单元的核酸的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备亚磷酰胺酯：包括以5-羟基-2-硝基苯甲醇为起始原料，将其苯甲醇羟基通过4,4'-二甲氧基三苯基氯选择性保护，经醚化反应得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚后，再经酯化反应制备得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)；
步骤二：制备含有光敏单元的核酸：取所述亚磷酰胺酯溶于无水乙腈中作为端基修饰位试剂与核酸合成得到含有光敏单元的核酸。
作为优选：所述步骤二中合成后的产物分散于氨水中，并密闭加热后，离心除去不溶物，取溶液经浓缩处理得到含有光敏单元的核酸。
作为优选：所述醚化反应具体包括以下步骤：取5-羟基-2-硝基苯甲醇溶于无水吡啶，冰浴搅拌下滴加溶有4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的无水吡啶得到反应液，待反应结束后蒸发有机相得到粗产品，所述粗产品经提纯处理得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚。
作为优选：所述醚化反应的反应条件为：所述反应液于0℃下搅拌1小时，恢复到室温搅拌过夜；所述5-羟基-2-硝基苯甲醇与所述4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的质量比1.7：4；溶于所述无水吡啶中的5-羟基-2-硝基苯甲醇的浓度为0.017g/ml；溶有5-羟基-2-硝基苯甲醇的无水吡啶与溶有4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的无水吡啶的体积比为10:3。
作为优选：所述提纯处理具体包括以下步骤：取所述粗产品溶于乙酸乙酯，经水洗、干燥、过滤、旋转蒸发除去有机溶剂后，将产物溶于乙酸乙酯中，逐滴加入冷却的正己烷中，过滤、干燥得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚。
作为优选：所述酯化反应包括以5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚为原料与2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺反应制备2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)的步骤。
作为优选：取所述5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚和无水三乙胺溶于无水四氢呋喃中，冰浴搅拌下滴加2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺，反应结束后过滤、洗涤、干燥后得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)。
作为优选：所述酯化反应的反应条件为：于室温下搅拌2小时；所述5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚、无水三乙胺和2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺的质量比为2.3:1.2:1.27，所述无水四氢呋喃中所述无水三乙胺的浓度为0.024g/ml。
作为优选：所述反应结束后过滤不溶物，取滤液采用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，加入无水硫酸钠干燥得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、目前在光可降解核酸的报道较少，已报道的光可降解单元的合成均较为繁琐，在制备过程中多需要使用具有强毒性的四氧化锇等重金属氧化试剂，对环境具有较大的毒性，对操作者的危害性也较高。本发明中使用的光可降解试剂合成中不需要使用具有环境危害的有毒重金属试剂，而且制备光可降解核酸过程中不需进行额外的操作。本发明所提供的含有光可降解单元的核酸在较低光强度照射下短时间即可实现光降解，具有良好的实验操作性。
2、本发明提供的含有光敏单元的核酸的制备方法简单易操作，在极大降低了合成成本的同时保留了光可降解的高效性，通过简单的醚化和酯化等标准的有机单元反应来制备2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯，精简了中间体的分离纯化，简化了实验的操作步骤，提高了最终产物的收率，最终产物可直接用于核酸自动合成仪上，具有较好的底物适应性，极大简化了修饰步骤；同时表现出了良好的光响应性。该设计提供了一种新的光响应连接单元的设计、制备以及应用方法，在极大简化了有机合成操作的同时，丰富了核酸及核酸基材料中光响应连接试剂的种类，为核酸端基和序列中光敏化修饰提供了一种简捷高效的方法，具有较好的市场价值。
3、本发明采用亚磷酰胺酯制备含有光敏单元的核酸，实验表明其在制备时具有很高的反应活性、良好的底物适应性、足够的化学稳定性以及良好的光响应性，为核酸的官能化提供一种更加简洁高效的选择，简化了制备含有光敏单元的核酸的方法，降低了其制备成本，扩大了制备光敏单元的核酸的市场应用。
附图说明
图1为本发明亚磷酰胺酯的核磁共振氢谱图；
图2为本发明亚磷酰胺酯的核磁共振碳谱图；
图3为本发明亚磷酰胺酯的质谱图；
图4为本发明含有光敏单元的核酸的质谱图；
图5为本发明光照后得到的光降解后的核酸的质谱图；
图6为本发明不含光敏单元的核酸的质谱图；
图7为本发明含有光敏单元的核酸的hplc谱图；
图8为本发明光照后得到的光降解后的核酸的hplc谱图；
图9为本发明光照后的对照核酸的hplc谱图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一种含有光敏单元的核酸，该化合物的结构式如i所示：
本发明实施例还提供一种含有光敏单元的核酸的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备亚磷酰胺酯：包括以5-羟基-2-硝基苯甲醇为起始原料，将其苯甲醇羟基通过4,4'-二甲氧基三苯基氯选择性保护，经醚化反应得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚后，再经酯化反应制备得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)；
步骤二：制备含有光敏单元的核酸：取所述亚磷酰胺酯溶于无水乙腈中作为端基修饰位试剂与核酸核酸合成得到含有光敏单元的核酸。
在一可选实施例中，所述步骤二中合成后的产物分散于氨水中，并密闭加热后，离心除去不溶物，取溶液经浓缩处理得到含有光敏单元的核酸。
在一可选实施例中：所述醚化反应具体包括以下步骤：取5-羟基-2-硝基苯甲醇溶于无水吡啶，冰浴搅拌下滴加溶有4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的无水吡啶得到反应液，待反应结束后蒸发有机相得到粗产品，所述粗产品经提纯处理得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚。
其中选择采用冰浴搅拌下滴加，以降低4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷与5-羟基-2-硝基苯甲醇中酚羟基的反应几率，简化后处理。
在一可选实施例中：所述醚化反应的反应条件为：所述反应液于0℃下搅拌1小时，恢复到室温搅拌过夜；所述5-羟基-2-硝基苯甲醇与所述4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的质量比1.7：4；溶于所述无水吡啶中的5-羟基-2-硝基苯甲醇的浓度为0.017g/ml；溶有5-羟基-2-硝基苯甲醇的无水吡啶与溶有4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的无水吡啶的体积比为10:3。
其中本发明的制备方法中的醚化反应在上述反应条件下，以使4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷可优先与5-羟基-2-硝基苯甲醇中的苯甲醇中羟基优先反应，同时避免其余苯环上的酚羟基进行醚化。该操作于0℃下进行，还可避免4,4'-二甲氧基三苯基在较高温度下可能导致的分解，有助于简化后续的纯化步骤，降低操作成本。
在一可选实施例中：所述提纯处理具体包括以下步骤：取所述粗产品溶于乙酸乙酯，经水洗、干燥、过滤、旋转蒸发除去有机溶剂后，将产物溶于乙酸乙酯中，逐滴加入冷却的正己烷中，过滤、干燥得到5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚。
其中本发明在其制备原理基础上，进一步采用上述提纯处理步骤，提纯操作简单易操作，提高制备效率。
在一可选实施例中：所述酯化反应包括以5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚为原料与2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺反应制备2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯的步骤。
在一可选实施例中：取所述5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚和无水三乙胺溶于无水四氢呋喃中，冰浴搅拌下滴加2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺，反应结束后过滤、洗涤、干燥后得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)。
在一可选实施例中：所述酯化反应的反应条件为：于室温下搅拌2小时；所述5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚、无水三乙胺和2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺的质量比为2.3:1.2:1.27，所述无水四氢呋喃中所述无水三乙胺的浓度为0.024g/ml。
由上述反应条件可知，本发明所设计的该方法操作条件温和、简便，降低的生产成本，适宜在市场上推广。
在一可选实施例中：所述反应结束后过滤不溶物，取滤液采用饱和碳酸氢钠溶液洗涤，加入无水硫酸钠干燥得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)。
上述步骤针对反应结束后的产物直接经过过滤、洗涤、干燥处理即可等得到，进一步说明本发明制备方法精简了中间体的分离纯化，简化了实验的操作步骤，提高了最终产物的收率。
针对上述步骤一提供的亚磷酰胺酯的制备方法，其反应过程如反应式i所示：
其中化合物iii为5-羟基-2-硝基苯甲醇，化合物iv为5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚，化合物ii为2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)。
针对上述步骤二提供的含有光敏单元的核酸的制备方法，其反应过程如反应式ii所示：
其中化合物v为固载于载体上的5'端羟基化核酸，化合物vi为固载于载体上的5'端官能化核酸，化合物vii为负载在固相载体上未切除的核酸，化合物i为含有光敏单元的核酸。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的一种亚磷酰胺酯及其制备方法和用途，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1：
一种含有光敏单元的核酸的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：制备5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚：取1.7克5-羟基-2-硝基苯甲醇溶于100毫升无水吡啶中，在冰浴搅拌下，滴加溶有4.0克4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷的30毫升无水吡啶中，滴加完毕后将反应液置于0℃搅拌下1小时，恢复至室温后搅拌过夜；待反应结束后旋转蒸发有机相，将粗产物溶于30毫升乙酸乙酯，采用50毫升水洗两次后，将有机相采用无水硫酸钠干燥；过滤后旋转蒸发除去有机溶剂，得到的深黄色油状液体，将其溶于5毫升乙酸乙酯中，逐滴加入100毫升冷却至0℃的正己烷中，得到黄色沉淀，过滤后真空干燥得到2.5克黄色粉末，收率53％；
步骤二：制备亚磷酰胺酯：取2.3克5-羟基-2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚和1.2克无水三乙胺溶于50毫升无水四氢呋喃中，冰浴搅拌下滴加1.27克2-o-氰乙基-n,n-二异丙基氯代亚磷酰胺；反应于室温下搅拌2小时，滤除不溶物，滤液以饱和碳酸氢钠溶液洗涤；有机相采用无水硫酸钠干燥；得到2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯)(黄色粘稠液体)，2.0克收率60％。
上述制备的亚磷酰胺酯即上述反应式i中的化合物i的核磁共振氢谱检测结果如图1所示：
1h-nmr(d6-dmso),400mhz:7.79-7.80(d,j＝4.0hz,arh,1h),7.43-7.44(d,j＝4.0hz,arh,1h),7.32-7.33(d,j＝4.0hz,arh,1h),7.24-7.26(t,j＝4.0hz,arh,2h),7.21-7.23(d,j＝8.0hz,arh,4h),7.12-7.21(m,arh,2h),7.02-7.03(d,j＝4.0hz,arh,1h),6.89-6.91(d,j＝8.0hz,arh,4h),6.84-6.85(d,j＝4.0hz,arh,1h),4.47(s,ch2o,2h),3.89-4.03(m,ch2op,2h),3.73(s,ch3o,6h),3.33-3.49(m,nch,2h),2.80-2.87(t,j＝4.0hz,ch2cn,2h),1.17-1.29(d,ch3,12h)。
上述制备的亚磷酰胺酯的核磁共振碳谱检测结果如图2所示：
13c-nmr(d6-dmso),100mhz:163.8,158.7,145.3,139.3,135.9,130.1,129.4,128.6,128.1,127.4,119.1,114.8,114.5,113.9,113.3,87.0,63.3,58.7,55.6,45.1,23.2,19.3。
上述制备的亚磷酰胺酯的质谱检测结果如图3所示：
esi-ms:c37h42n3o7p,calc671.2760,found687.2714(m++o),710.2607(m++o+na+),726.2347(m++o+k+)。
步骤三：取600mg实施例1制备的2-硝基苯甲基-(4,4'-二甲氧基三苯基)醚-5-(2-o-氰乙基-n,n-二异丙基亚磷酰胺酯溶于10毫升无水乙腈中，氮气保护下转移至abi3400核酸合成仪标号为"5"的试剂瓶中，定义为x，输入核酸序列，采用dmt保留的合成模式，执行1μmol量级的合成；
步骤四：合成完毕后将固相载体取出，分散于1毫升23％氨水中，55℃下密闭加热2小时，离心去除不溶物，溶液浓缩即得到粗产物；将目标产物含有光敏单元的核酸通过高效液相分离，并通过质谱和高效液相色谱进行结构信息表征，其结果如图4和图7所示，如图7所示的含有光敏单元的核酸出峰时间为19.233分钟。
含有光敏单元的核酸的光敏性检测试验：
试验方法：将按照实施例1的方法获取到含有光敏单元的核酸采用中教金源公司cel-hxf300型氙灯，加装350-380nm滤光片，光功率密度为20mw/cm2，照射时间2分钟后得到光照后的核酸。分别检测光照射前后核酸的质谱和hplc谱图，同时以未进行端基修饰的核酸作为对照组核酸，其序列如seqidno.1所示，相应的含有光敏单元的核酸中的dna序列也如seqidno.1所示。按照上述方法进行光照后检测质谱和hplc谱图。
试验结果：
光照前含有光敏单元的核酸的质谱如图4所示、hplc谱图如图7所示，其出峰时间为19.233分钟；
光照后得到的光降解后的核酸质谱图如图5所示、hplc谱图如图8所示，其出峰时间为23.401和7.214分钟；
对照组核酸光照后的质谱图6所示、hplc谱图如图9所示，出峰时间为19.105分钟。
计算上述三组中分子量，数据结果如表1所示：
表1分子量数据结果
由上述图谱结果和试验数据可知，本发明实施例1制备的含有光敏单元的核酸在光照的条件下发生了降解，且在光照功率密度为20mw/cm2，照射时间2分钟后即能发生光降解，进一步证明本发明制备的含有光可降解单元的核酸在较低光强度照射下短时间即可实现光降解，具有良好的实验操作性。具体降解如反应式iii所示：
上述内容中，有机分子的结构和纯度均由核磁共振氢谱(1h-nmr)、碳谱(13c-nmr)和电喷雾电离(esi-ms)来确定，核酸的结构信息及光降解过程由基质辅助激光电离解析-飞行时间质谱(maldi-tof)来确定，反应效率由高效液相色谱(hplc)来确定。
核磁型号为brukeramx400spectrometer(400mhz)，所用溶剂为氘代二甲亚砜(d6-dmso)，带tms内标；esi质谱型号为agilent6510q-tof，检测模式为阴离子模式；maldi-tof质谱型号为shimadazubiotechaximaperformance,检测模式为阴离子模式；高效液相色谱型号为waters2695，检测柱型号为xbriageoligonucleotidesbehc18(2.1mm×50mm；column
表2淋洗条件
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
序列表
<110>温州瑞昇生物技术有限公司
<120>含有光敏单元的核酸及其制备方法
<141>2018-03-30
<160>1
<170>siposequencelisting1.0
<210>1
<211>24
<212>dna
<213>人工序列(artificialsequence)
<400>1
ccaacatctattcaacttgaacca24