一种研究界面效应对DNA二维折纸结构稳定性影响的方法与流程

本发明基于大气下扫描探针显微镜，公开了一种研究界面效应对dna二维折纸结构稳定性影响的方法。具体涉及到改变dna三角折纸结构在界面上和在溶液中的环境条件，观察其形貌稳定性的方法。本发明属于纳米检测领域。

背景技术

dna折纸术是一种简单通用的制备dna纳米结构的方法。具体为将一条长的dna单链和一系列不同序列的短链按照一定的比例混合到缓冲溶液之后，再在相对应的温度条件下缓慢退火，长链和短链全部配对完成后即可折叠出不同的形状结构。

dna折纸结构由于其结构精确可控，易于修饰，可寻址性等特点而被广泛应用于肿瘤靶向药物载体（中国发明专利：一种针对脑肿瘤的dna靶向纳米载药分子的制备方法，公开号：cn104645338a），信号探针（中国发明专利：利用dna纳米折纸结构作为信号放大探针的检测方法，公开号：cn104133053a），生物传感器（中国发明专利：基于适配体修饰的dna折纸纳米结构-纳米金的生物传感器及其制备方法和应用，公开号：cn104962615a）等研究领域。而近些年对于dna导线（中国发明专利：dna引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，公开号：cn1994862a），ph响应（中国发明专利：基于dna分子构型变化的ph敏感元件的制备方法，公开号：cn104391119a）等特性的研究，又赋予了dna纳米结构作为纳米电路制备材料的无限可能。

dna纳米结构的各种优良性能的实现都建立在其本身结构完整性的基础上。对于dna纳米结构的稳定性，国内外的一些研究工作发现其在高温，乙醇，甲苯等有机溶剂中都表现出优异的结构稳定性。但有一个被共同忽略的问题就是：这些研究并未统一规范dna折纸结构是处于固液界面上还是溶液中。而目前还未有研究涉及到固液界面可能对dna折纸结构稳定性产生的影响，也未有可靠的研究方法作为参考。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提高一种研究界面效应对dna二维折纸结构稳定性的影响的方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种研究界面效应对dna二维折纸结构稳定性的影响的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）dna三角形折纸的合成：

将208根订书钉短链等量地溶解到milliq水中，使每条链的最终浓度为200nm，将m13mp18单链dna（100nm）与混合好的dna短链(200nm)以摩尔浓度比1：10的比例混合在1xtae-mg²⁺溶液中，该1xtae-mg²⁺溶液由40mm三羟甲基氨基甲烷（tris）、20mm醋酸、2mm乙二胺四乙酸（edta）和12.5mm醋酸镁，至ph8.0，其中，m13mp18单链dna的最终浓度为5nm，短链最终浓度为50nm；将混好的溶液放入pcr仪中，设定退火程序从95℃缓慢降温至4℃，降温速率为0.2℃/10s；

（2）环境影响对溶液和界面处dna结构变化的不同影响：

（2-1）ph的改变

dna三角折纸结构所在界面上ph的改变：不同ph的缓冲液通过向1xtae-mg²⁺溶液中滴加含有过量盐酸或氢氧化钠的1xtae-mg²⁺缓冲液制得，将不同ph的缓冲液滴加到沉积有dna三角折纸结构并洗掉盐分氮气吹干的云母片上放置一定时间；

dna三角折纸所在溶液的ph的改变：直接向含有dna三角折纸结构的缓冲液中加入和界面处所用溶液相应体积的相同成分的缓冲液，使其最终ph和相对应的界面上ph相同，然后放置一定时间；

（2-2）温度的改变

dna三角折纸结构所在界面上温度的改变：将三角折纸沉积在新剥离云母片上并洗去盐分吹干之后，置于环境可控显微镜（nanonavie-sweep,seikoinc,japan）下，设置环境温度为不同的实验温度，运行仪器使其快速升温至设置温度并稳定10min；

dna三角折纸结构所在溶液的温度的改变：将一定浓度的三角折纸溶液放置于pcr仪中，设置程序使其快速升温到不同的温度并稳定10min；

（2-3）mg²⁺浓度的改变

dna三角折纸结构所在界面上mg²⁺浓度的改变：将不同mg²⁺浓度的缓冲液滴加到沉积有dna三角折纸结构并洗掉盐分氮气吹干的云母片上，放置一定时间；

dna三角折纸所在溶液的mg²⁺浓度的改变：直接向含有dna三角折纸结构的缓冲液中加入不同mg²⁺浓度，但其他离子浓度相同的缓冲液，使其最终mg²⁺浓度和相对应的界面上mg²⁺浓度相同，然后放置一定时间；

（2-4）紫外线的影响

对沉积在界面上的dna三角形折纸施加紫外照射：将沉积好三角折纸并洗去盐分吹干的云母片用玻璃表面皿盖住，置于测量好强度的紫外灯下方照射一定时间；

对溶液中的dna三角形折纸施加紫外：将含有一定浓度dna三角折纸溶液的pcr管开口置于测量好强度的紫外灯下方照射一定时间；

（3）扫描探针显微镜观察dna三角折纸结构：

对于界面上dna三角折纸形貌观察：q水冲掉云母片上盐分，氮气吹干后置于大气下扫描探针显微镜下观察，其中对于改变温度一组和紫外一组，只需直接置于大气下扫描探针显微镜（moltimodenanoscopevii,veeco）下观察；

对于溶液中dna三角形折纸形貌观察：取3μl溶液滴加到新剥离的云母片上沉积3min，用q水冲洗掉界面上的盐分然后氮气吹干，最后置于扫描探针显微镜下观察。

本发明提出了一种探究界面效应对dna二维纳米结构的影响的实验方法。基于扫描探针显微镜的形貌观察操作简便，形貌清晰。使用云母片构建界面，易于实现，且可探究的因素多，移植性强。

所述长链为m13mp18噬菌体单链，7249bp，所述订书钉链的序列为2006年发表在nature，440,297–302上的题为“foldingdnatocreatenanoscaleshapesandpatterns”三角折纸序列相同。

所用大气下扫描探针显微镜型号为veeco公司的型号为moltimodenanoscopevii的仪器，所述成像模式为轻敲模式。

滴加到界面上不同ph的缓冲液是通过向1xtae-mg²⁺溶液中滴加一定量含有过量盐酸或氢氧化钠的1xtae-mg²⁺缓冲液制得，在此过程中并不改变mg²⁺的浓度。

滴加到界面上不同mg²⁺浓度的缓冲液是通过向1xtae-mg²⁺溶液中滴加不含mg²⁺的缓冲液制得。

改变界面处环境因素的方法，利用dna折纸结构沉积在云母片上所形成的界面，吹干后直接在上面滴加足够量的ph缓冲液以浸没dna折纸结构。

改变溶液中环境因素的方法，向保存dna折纸的缓冲液中滴加含过量盐酸或氢氧化钠的1xtae-mg²⁺缓冲液来制得。

本发明的优点在于：本发明基于扫描探针显微镜的观察简单易操作，形貌清晰，适用于研究界面效应对多种二维纳米材料的影响；使用云母片构建界面，易于实现，且可探究的因素多，移植性强；本发明方法适用于探究界面效应对多种二维平面材料的影响。具体为：

（1）本发明提出了一种探究界面效应对dna二维纳米结构的影响的实验方法。

（2）基于扫描探针显微镜的形貌观察操作简便，形貌清晰。使用云母片构建界面，易于实现，且可探究的因素多，移植性强。

（3）本方法适用于探究界面效应对多种二维平面材料的影响。

附图说明

图1为dna三角结构在不同ph下界面与溶液中的形貌对比图；

图2为dna三角结构在不同温度下界面与溶液中的形貌对比图；

图3为dna三角结构在不同mg²⁺浓度下界面与溶液中的形貌对比图；

图4为dna三角结构在不同紫外照射下界面与溶液中的形貌对比图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

ph4时dna三角折纸在界面上的形貌观察：

将云母片固定在铁片上，取3μl制备好的三角折纸溶液（1nm）沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干，然后再向云母片表面滴加20μlph4的缓冲液，并放置10min，然后再用q水冲掉云母片上盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

ph4时dna三角折纸在溶液中的形貌观察：

向三角折纸溶液中滴加含过量盐酸的1xtae-mg²⁺缓冲液使其最终ph为4，孵育7min后取3μl沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

同样方法，ph3、10、11时扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

如图1为dna三角结构在不同ph3、4、10和11下界面与溶液中的形貌对比图。

实施例2

环境温度80℃时dna三角折纸在界面上的形貌观察：

将云母片固定在铁片上，取3μl制备好的三角折纸溶液，浓度1nm，沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干。然后将铁片固定在环境可控原子力显微镜下，设置温度为80℃，运行程序使其快速升温并在80℃稳定10min后观察其形貌变化。

环境温度80℃时dna三角折纸在溶液中的形貌观察：

将一定浓度的dna三角折纸溶液放置于pcr仪中，设置程序使其快速升温到80℃并稳定10min，降温后取3μl沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察。

同样方法，在温度20、40、60℃时，dna三角折纸在界面与溶液中的形貌观察如图2为dna三角结构在不同温度下界面与溶液中的形貌对比图。

实施例3

0.1xmg²⁺浓度下dna三角折纸在界面上的形貌观察：

将云母片固定在铁片上，取3μl制备好的三角折纸溶液（1nm）沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干，然后再向云母片表面滴加20μl0.1xmg²⁺的缓冲液，并放置10min，然后再用q水洗掉云母片上盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

0.1xmg²⁺浓度下dna三角折纸在溶液中的形貌观察：

向dna三角折纸溶液中滴加不含mg²⁺的缓冲液使其最终浓度为0.1xmg²⁺，孵育7min后取3μl滴加到新剥离的云母片表面上沉积3min，用q水冲掉云母片上盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

同样方法，0.5xmg²⁺浓度下dna三角折纸在界面上的形貌观察，如图3为dna三角结构在二个不同mg²⁺浓度下界面与溶液中的形貌对比图。

实施例4

紫外照射下dna三角折纸在界面上的形貌观察：

将沉积在云母片上的dna三角折纸洗去盐分并吹干，云母片用玻璃表面皿盖住，置于测量好强度的紫外灯下方照射30min后置于扫描探针显微镜下观察。

紫外照射下dna三角折纸在溶液中的形貌观察

对溶液中的dna三角形折纸施加紫外照射：将含有一定浓度的dna三角折纸溶液的pcr管开口置于测量好强度的紫外灯下方照射30min。取3μl沉积到新剥离云母片上洗去盐分并氮气吹干，置于扫描探针显微镜下观察其形貌变化。

同样方法紫外灯下方照射5min，dna三角折纸在溶液中的形貌在不同紫外照射时间下界面与溶液中的形貌对比图如图4所示。