Dna引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法

专利名称:Dna引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法
技术领域：
本发明属于用化学自组装方法制造功能器件的技术领域：
，具体地说是涉及一种利用DNA调控纳米粒子组装形成规则结构纳米树导线的制备方法。
背景技术：
DNA不仅是生命遗传的最基本物质，其本身所具有的独特分子结构和特性也已引起了材料和信息科学研究领域的注意。DNA的二级结构在纳米水平上实现自组装(DNA双螺旋结构直径为2nm，螺距为3.4nm)，而且易于人工控制与设计(组成核酸分子的元素仅有四种核苷酸)。通过DNA之间或DNA与其它构筑单元之间的协同相互作用，结合分子识别与自组装特性，研制功能化的分子组装体日益成为纳米材料研发的焦点。
Seeman等利用碱基互补配对分子识别的性质，设计出了四臂分支的交叉点(branchedjunction)，并以此为构筑单元得到了更加复杂的DNA网状结构。他们还以DNA双交叉分子(DX，double-crossover molecules)，三交叉分子(TX)为构筑单元，组装出具有刚性结构的二维有序DNA晶体[1)Nadrian C.Seeman.At the Crossroads of Chemistry，Biology，and MaterialsStructural DNA Nanotechnology.Chemistry & Biology10(2003)1151，2)Phiset Sa-Ardyen，Alexander V.Vologodskii，and Nadrian C.Seeman.TheFlexibility of DNA Double Crossover Molecules.J.Biophys 84(2003)3829]。但是，Seeman等的DNA组装存在问题DNA组装体的尺寸约在10nm，难以调控形成大尺度的有序组装。
Munenori等在溶胶-凝胶法制备纳米氧化硅的过程中，引入表面修饰的双链DNA为模板，通过静电作用引导纳米颗粒在DNA上沉积。[Munenori Numata，Kazunori Sugiyasu，Teruaki Hasegawa，and Seiji Shinkai.Sol-Gel Reaction Using DNA as a TemplateAn Attempt Toward Transcription of DNA into Inorganic Materials.Angew.Chem.Int.Ed.2004(43)3279]。由于DNA与纳米颗粒间为静电相互作用，因此，其制备过程中难以调控颗粒沉积的有序多级结构的组装，另一个问题是其DNA模板采用λ-DNA，故DNA骨架的结构难以精确控制，易形成多种DNA骨架结构。

发明内容本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法。
本发明的技术方案概述如下一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，由下述步骤组成(1)将体积比为1～600∶1的浓度为5nM～200nM的纳米金属颗粒的水溶液置于浓度为1μM～0.3mM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列溶液中，搅拌2～6小时，使所述纳米金属颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入二甲基亚砜或三氯乙基磷酸酯、三甲氧基巯丙基硅烷或三甲氧基氨丙基硅烷，使在溶液中的浓度为0.5～3.5mM，加入缓冲溶液NaCl-三羟甲基氨基甲烷-HCl或三羟甲基氨基甲烷-HCl或三羟甲基氨基甲烷-硼酸钠或三羟甲基氨基甲烷-醋酸铵，使pH值为5～8，并加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+为30-70mM，所含Mg2+为0.5-1.0mM；或加入K+和Mg2+使溶液所含K+为30-70mM，所含Mg2+为0.5-1.0mM；(3)加入另一DNA序列，所述另一DNA序列在溶液中的浓度为0.3μM～0.1mM，升温至80～95℃，自然冷却至0～25℃，放置8～108h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
较好的是所述步骤(1)中所述纳米金属颗粒的水溶液与所述5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列溶液的体积比为100～400∶1，所述5’端巯基修饰的DNA为SH-(CH2)n-Tm序列，所述T为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，所述n为4～10，所述m为10～25，最好m为8～20，所述金属为金或银，所述颗粒的平均粒径为10～20nm。
所述步骤(2)中加入二甲基亚砜或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巯丙基硅烷或三甲氧基氨丙基硅烷，使在溶液中的浓度为1.0～1.5mM。
所述步骤(3)中另一DNA为AxGy序列，所述A为腺嘌呤脱氧核苷酸，所述G为鸟嘌呤脱氧核苷酸，所述x为6～10，所述y为8～13，所述放置时间为18～48h。
本发明纳米金属颗粒不限制制备方法，可以是柠檬酸法合成的，DNA序列可以是自动合成仪或采用氨基磷酸盐法合成。
本发明的制备方法得意，利用DNA的识别作用，引导纳米粒子组装成规则纳米树形导线，并通过DNA序列和自组装条件的选择，调节纳米树的分支和主干的之间的角度，以及分支间隔的距离。本发明制备的产品在DNA分子器件、DNA电路、DNA计算机等领域具有高度的需求。
图1是本发明制备的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线，其主干长度约15μm，分支与主干不呈垂直角度。
图2为是本发明的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线局部放大图。
具体实施方式下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但以下实施例并不限制序列中脱氧核苷酸的选择。
实施例1一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，由下述步骤组成(1)将体积比为400∶1的浓度为200nM的平均粒径为10纳米的金颗粒的水溶液置于浓度为50μM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列SH-(CH2)6-T8溶液中(T为胸腺嘧啶脱氧核苷酸)，搅拌4小时，使纳米金颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入二甲基亚砜，使二甲基亚砜在溶液中的浓度为1.5mM，加入三羟甲基氨基甲烷-HCl缓冲溶液使pH值为6；并加入K+和Mg2+使溶液所含K+的浓度为50mM，Mg2+浓度为0.8mM。(3)加入另一DNA序列A8G10(A为腺嘌呤脱氧核苷酸，G为鸟嘌呤脱氧核苷酸)，另一DNA序列在溶液中的浓度为15μM，升温至80～95℃，自然冷却至0～25℃，放置8～108h，(3)加入浓度为6mM的另一DNA溶液中，所述另一DNA溶液与步骤(2)所制成的溶液的体积比为0.01∶1，升温至80℃，自然冷却至15℃，放置18h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
实施例2一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，由下述步骤组成(1)将体积比为100∶1的浓度为5nM的平均粒径为10纳米的金颗粒的水溶液置于浓度为0.3mM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列SH-(CH2)4-T20溶液中，搅拌6小时，使纳米金颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入三甲氧基巯丙基硅烷，使三甲氧基巯丙基硅烷在溶液中的浓度为3.5mM，加入三羟甲基氨基甲烷-硼酸钠缓冲溶液使pH值为8；并加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+的浓度为30mM，Mg2+浓度为1.0mM。(3)加入另一DNA序列A6G13所述另一DNA序列在溶液中的浓度为0.1mM，升温至90℃，自然冷却至0℃，放置48h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
实施例3一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，由下述步骤组成(1)将体积比为600∶1的浓度为5nM的平均粒径为10纳米的银颗粒的水溶液置于浓度为0.1mM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列SH-(CH2)10-T25溶液中，搅拌2小时，使纳米银颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入三氯乙基磷酸酯，使三氯乙基磷酸酯在溶液中的浓度为1.5mM，加入三羟甲基氨基甲烷-HCl缓冲溶液使pH值为6；并加入K+和Mg2+使溶液所含K+的浓度为70mM，Mg2+浓度为0.5mM。(3)加入另一DNA序列A10G8，所述另一DNA序列在溶液中的浓度为30μM，升温至95℃，自然冷却至25℃，放置8h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
实施例4一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，由下述步骤组成(1)将体积比为1∶1的浓度为100nM的平均粒径为10纳米的银颗粒的水溶液置于浓度为1μM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列SH-(CH2)8-T10溶液中，搅拌4小时，使纳米银颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入三甲氧基氨丙基硅烷，使三甲氧基氨丙基硅烷在溶液中的浓度为0.1mM，加入三羟甲基氨基甲烷-HCl缓冲溶液使pH值为6.5；并加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+的浓度为60mM，Mg2+浓度为0.7mM。(3)加入另一DNA序列A8G11，所述另一DNA序列在溶液中的浓度为0.3μM，升温至90℃，自然冷却至10℃，放置108h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
权利要求
1.一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，其特征是由下述步骤组成(1)将体积比为1～600∶1的浓度为5nM～200nM的纳米金属颗粒的水溶液置于浓度为1μM～0.3mM的5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列溶液中，搅拌2～6小时，使所述纳米金属颗粒表面通过与巯基作用形成DNA修饰层；(2)加入二甲基亚砜或三氯乙基磷酸酯、三甲氧基巯丙基硅烷或三甲氧基氨丙基硅烷，使在溶液中的浓度为0.5～3.5mM，加入缓冲溶液NaCl-三羟甲基氨基甲烷-HCl或三羟甲基氨基甲烷-HCl或三羟甲基氨基甲烷-硼酸钠或三羟甲基氨基甲烷-醋酸铵，使pH值为5～8，并加入Na+和Mg2+使溶液所含Na+为30-70mM，所含Mg2+为0.5-1.0mM；或加入K+和Mg2+使溶液所含K+为30-70mM，所含Mg2+为0.5-1.0mM；(3)加入另-DNA序列，所述另一DNA序列在溶液中的浓度为0.3μM～0.1mM，升温至80～95℃，自然冷却至0～25℃，放置8～108h，即制成一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线。
2.根据权利要求
1所述的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，其特征是所述步骤(1)中所述纳米金属颗粒的水溶液与所述5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列溶液的体积比为100～400∶1，所述5’端巯基修饰的DNA为SH-(CH2)n-Tm序列，所述T为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，所述n为4～10，所述m为10～25，所述金属为金或银，所述颗粒的平均粒径为10～20nm。
3.根据权利要求
2所述的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，其特征是所述m为8～20。
4.根据权利要求
1所述的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，其特征是所述步骤(2)中加入二甲基亚砜或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巯丙基硅烷或三甲氧基氨丙基硅烷，使在溶液中的浓度为1.0～1.5mM。
5.根据权利要求
1所述的一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，其特征是所述步骤(3)中另一DNA为AxGy序列，所述A为腺嘌呤脱氧核苷酸，所述G为鸟嘌呤脱氧核苷酸，所述x为6～10，所述y为8～13，所述放置时间为18～48h。
专利摘要
本发明公开了一种DNA引导纳米颗粒组装树形导线的制备方法，步骤为(1)将纳米金属颗粒的水溶液置于5’端巯基修饰的脱氧核糖核酸序列溶液中，搅拌；(2)加入二甲基亚砜或三氯乙基磷酸酯或三甲氧基巯丙基硅烷或三甲氧基氨丙基硅烷，加入缓冲溶液并加入Na
文档编号H01B13/00GK1994862SQ200610130513
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月22日
发明者李, 张金利, 张慧 申请人:天津大学