一種三維手性銀納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料與光學領(lǐng)域，提供一種以DNA骨架為模板的三維手性銀納米材料的制備方法，該方法以DNA骨架為模板吸附銀納米離子，通過還原劑將銀納米離子還原為銀納米顆粒。具體包括如下步驟：1)DNA三維空間骨架的制備；2)DNA骨架吸附銀納米離子；3)超濾去除未吸附的銀納米離子；4)還原劑還原銀納米顆粒。解決現(xiàn)有技術(shù)中利用手性分子制備的手性納米材料出現(xiàn)組裝產(chǎn)率低、組裝體結(jié)構(gòu)不均一等問題，提供一種以DNA骨架為模板的三維手性銀納米材料的制備方法。該方法通過調(diào)節(jié)體系中銀納米離子和還原劑的濃度可有效控制銀納米顆粒的生長尺寸，透射電鏡結(jié)果顯示四個銀納米顆粒呈螺旋狀排列從而解釋了其手性信號的來源。
【專利說明】一種三維手性銀納米材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料與光學領(lǐng)域，涉及一種以DNA骨架為模板的三維手性銀納米 材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 納米是衡量材料尺度的一種單位，Inm等于KT9米，相當于10個原子的大小。納 米技術(shù)是在單個原子或分子尺度上準確識別、觀測和控制物質(zhì)的個數(shù)、種類和幾何構(gòu)型的 一門多個學科交叉的研究技術(shù)。納米技術(shù)的出現(xiàn)將人類帶入了一個全新領(lǐng)域--"介觀"。 它存在于微觀和宏觀之間，空間范圍在1到lOOnm，處在這狹小世界內(nèi)的物質(zhì)有著很多奇特 的光學、磁學、電學及力學等性質(zhì)，這類物質(zhì)以及以由它們作為單個元素組成的材料統(tǒng)稱為 納米材料。
[0003] 手性納米材料的制備是近年來研究的熱點方向，利用手性納米材料特殊的旋光作 用可以用來篩選手性生物分子、構(gòu)建手性傳感器并用于食品重要危害因子、生物大分子、以 及疾病早期診斷等重要領(lǐng)域。利用單個納米顆粒組裝具有不對稱空間構(gòu)象的手性納米自組 裝結(jié)構(gòu)是DNA自組裝技術(shù)的重要應(yīng)用，也是制備多功能性手性材料的重要途徑。三維納米 顆粒螺旋體是最典型的手性結(jié)構(gòu)之一，利用DNA折紙技術(shù)可以成功制備均一、高產(chǎn)的納米 螺旋體，并且可以精確控制螺旋體的幾何尺寸、納米顆粒之間的距離以及對映體的構(gòu)型，是 目前比較成熟的技術(shù)手段。然而手性納米材料的制備目前仍處于初級階段，開發(fā)新型手性 納米組裝材料制備新方法和新途徑，并對其手性產(chǎn)生的機制進行研究和探索是未來的研究 方向。
[0004] 目前，手性納米材料的制備主要是運用多種手性分子（如，蛋白質(zhì)，多肽，DNA等） 將納米材料組裝成不同空間構(gòu)型。在平面偏振光的作用下，手性分子和納米粒子發(fā)生等離 子共振，手性分子本身的手性信號（200-350nm)會轉(zhuǎn)移到納米粒子表面，圓二色譜表現(xiàn)為 在納米材料的等離子共振波長處有明顯的圓二色信號。然而，利用該方法制備的手性納米 材料常常出現(xiàn)組裝產(chǎn)率低、組裝體結(jié)構(gòu)不均一等問題，從而嚴重影響其光學性質(zhì)和實際應(yīng) 用。
[0005] 因此，開發(fā)手性納米材料制備新方法、新途徑，從而得到均一、高產(chǎn)、穩(wěn)定的手性納 米材料是一種技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中利用手性分子制備的手性納米材料出現(xiàn)組裝產(chǎn) 率低、組裝體結(jié)構(gòu)不均一等問題，提供一種以DNA骨架為模板的三維手性銀納米材料的制 備方法。
[0007] 1.本發(fā)明提供一種三維手性銀納米材料的制備方法，該銀納米材料以DNA骨架為 模板吸附銀納米離子，通過還原劑將銀納米離子還原為銀納米顆粒，從而得到具有強手性 的銀納米組裝材料。。
[0008] 2.上述1提供的三維手性銀納米材料的制備方法，其中，該DNA骨架由4條單鏈 DNA相互雜交形成；
[0009] 4條DNA單鏈分別為：L1，序列如SEQ ID NO. 1所示；L2,序列如SEQ ID NO. 2所示； L3,序列如SEQ ID NO. 3所示；L4,序列如SEQ ID NO. 4所示。
[0010] 3.上述2提供的三維手性銀納米材料的制備方法，其中，該DNA單鏈經(jīng)過改造，通 過堿基互補配對形成一個DNA金字塔的空間骨架，金字塔共6條邊，在其中的四條邊上內(nèi)嵌 有10個堿基C序列。
[0011] DNA單鏈可以人工設(shè)計合成，DNA金字塔四條邊上內(nèi)嵌的堿基C序列由DNA單鏈本 身序列提供。生長出來的四個銀離子在金字塔的四個邊上。
[0012] 4.上述3提供的三維手性銀納米材料的制備方法，包括如下步驟：
[0013] DDNA三維空間骨架的制備：將四條單鏈DNA分子等體積混合，堿基之間通過互補 配對雜交形成具有一個DNA金字塔的空間骨架即DNA三維空間骨架；
[0014] 2) DNA骨架吸附銀納米離子：向步驟1)制備的三維DNA骨架中加入AgNO3溶液， Ag+可以特異性的吸附在堿基C表面；
[0015] 3)超濾去除未吸附的銀納米離子：對步驟2)制備的溶液進行超濾，去除溶液中未 吸附子DNA表面的Ag +。
[0016] 4)還原劑還原銀納米顆粒：向步驟3)制備的溶液中加入硼氫化鈉，將Ag+還原為 Ag納米顆粒，三維手性銀納米材料制備完成。
[0017] 5.上述4提供的三維手性銀納米材料的制備方法，具體包括如下步驟：
[0018] 1)DNA三維空間骨架的制備：
[0019] 4種不同的單鏈DNA丄1、1^2、1^3、1^4，用緩沖液重懸至100-5001^，水浴后，快速冷卻 至IJ 4°C或逐漸冷卻到室溫，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成具有DNA金字塔的 空間骨架即DNA三維空間骨架；
[0020] 2) DNA骨架吸附銀納米離子：
[0021] 取步驟1)制備的DNA三維空間骨架，加入AgNO3溶液，DNA與AgNO 3的摩爾比為 1:50-1:200,避光反應(yīng)震蕩過夜；
[0022] 3)還原劑還原銀納米顆粒：
[0023] 取步驟3)反應(yīng)溶液IOOul，加入終濃度為200_500mM的硼氫化鈉溶液，溶液顏色逐 漸變黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備完成。
[0024] 6.上述5提供的三維手性銀納米材料的制備方法，具體包括如下步驟：
[0025] 1)DNA三維空間骨架的制備：
[0026] 濃度為IOOmM的4種不同的單鏈DNA :L1、L2、L3、L4,用IOmM tris-HCl緩沖液重 懸至終濃度為500nM，4種單鏈DNA分子，每管取50uL等體積混合于I. 5mL離心管中，95°C 水浴5分鐘后，快速冷卻到4°C，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成500nM的具有 DNA金字塔的空間骨架即DNA三維空間骨架；
[0027] 2) DNA骨架吸附銀納米離子：
[0028] 取步驟1)制備的DNA三維空間骨架200uL，加入AgNO3溶液，DNA與AgNO3的摩爾 比為1:200,避光反應(yīng)震蕩過夜。
[0029] 在反應(yīng)的過程中，帶正電荷的Ag+特異性地吸附在DNA骨架中的堿基C上直到達 到飽和，未吸附的Ag+分散在溶液中。
[0030] 3)超濾去除未吸附的銀納米離子：
[0031] 取步驟2)制備的溶液200uL，用超純水稀釋至600uL，分別加入到3個0. 5mL 30kDa的超濾管中，每管200uL，13000r/min離心10分鐘后，用超純水恢復(fù)至200uL，重復(fù)超 濾一次后，再用質(zhì)量體積比1%、分子量為55000的聚乙烯吡咯烷酮重懸，最終溶液的總體 積為200uL。
[0032] 4)還原劑還原銀納米顆粒：
[0033] 步驟3)制備的超濾之后的溶液取IOOuL至1個PCR管中，加入終濃度為500mM的 硼氫化鈉溶液，10秒鐘后溶液顏色逐漸變黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備完 成。
[0034] 亮黃色為觀察結(jié)果，只要是出現(xiàn)黃色都說明還原是成功的，顏色的程度與粒徑的 大小有關(guān)系。
[0035] 本發(fā)明的有益效果：
[0036] 1.本發(fā)明利用堿基C對Ag+的特異性吸附作用，將Ag+固定在DNA骨架上，通過還 原劑將Ag +還原為銀納米顆粒，有效避免了納米顆粒后組裝產(chǎn)物的不穩(wěn)定和不均一性。
[0037] 2.對溶液采用2次超濾，有效去除了體系中未吸附的Ag+，保證只有吸附在DNA骨 架上的Ag +被還原為Ag納米顆粒，提高了本方法的特異性。
[0038] 3.通過合理設(shè)計DNA序列，可控的將Ag納米顆粒內(nèi)嵌到DNA骨架上，四個銀納米 顆粒形成螺旋結(jié)構(gòu)，使其具有較強的圓二色性，開發(fā)了一種手性納米材料制備的新途徑和 新方法。
[0039] 4.通過調(diào)節(jié)體系中銀納米離子和還原劑的濃度，在未達到飽和值之前，加入的銀 離子的數(shù)量越多，生長的銀納米顆粒的粒徑越大；銀離子的濃度一定時，還原劑的量越大， 生長的銀納米顆粒的粒徑越小，可有效控制銀納米顆粒的生長尺寸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 圖1三維手性銀納米組裝體高分辨透射電鏡圖，硼氫化鈉濃度為500禮。
[0041] 圖2三維手性銀納米組裝體低倍透射電鏡圖，硼氫化鈉濃度為500禮。
[0042] 圖3三維手性銀納米組裝體制備前后的圓二色譜圖。
[0043] 圖4三維手性銀納米組裝體制備前后的紫外光譜圖。
[0044] 圖5三維手性銀納米組裝體金字塔空間結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0045] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，下列實施例中未注明具體條件的實驗 方法，通常按照本領(lǐng)域的公知手段。
[0046] 實施例1
[0047] (I)DNA三維空間骨架的制備
[0048] 4種不同的單鏈DNA由生工生物工程（上海）股份有限公司：L1序列如SEQ ID NO. 1所示；L2序列如SEQ ID NO. 2所示；L3序列如SEQ ID NO. 3所示；L4序列如SEQ ID NO. 4所示，表1顯示所用4條單鏈DNA的序列，黑色斜體為堿基C序列，帶正電荷的Ag+特 異性地吸附在DNA骨架中的堿基C上。4條單鏈DNA的初始濃度均為lOOmM，分別用IOmM tris-HCl緩沖液重懸至終濃度為500nM，4種DNA分子，每管取50uL等體積混合于I. 5mL離 心管中，95°C水浴5分鐘后，快速冷卻到4°C，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成 具有三維空間構(gòu)型的DNA組裝體。表1中為所用的4種單鏈序列，其中黑色斜體為堿基C 序列。
[0049] (2) DNA骨架吸附銀納米離子
[0050] 取步驟⑴制備的DNA三維空間組裝體200uL，加入一定量的AgNO3溶液，DNA與 AgNO3的摩爾比為1:200,避光反應(yīng)震蕩過夜。在反應(yīng)的過程中，帶正電荷的Ag+特異性地吸 附在DNA骨架中的堿基C上直到達到飽和，未吸附的Ag +分散在溶液中。
[0051] (3)超濾去除未吸附的銀納米離子
[0052] 取步驟⑵制備的溶液200uL，用超純水稀釋至600uL，分別加入到3個0. 5mL 30kDa的超濾管中，每管200uL，13000r/min離心10分鐘后，用超純水恢復(fù)至原體積，重復(fù)超 濾一次后，再用質(zhì)量體積比1 %聚乙烯吡咯烷酮（分子量55000)重懸，最終溶液的總體積為 200uL。
[0053] (4)還原劑還原銀納米顆粒
[0054] 步驟（3)制備的超濾之后的溶液各取IOOuL至1個PCR管中，加入終濃度為500mM 的硼氫化鈉溶液，10秒鐘后溶液顏色逐漸變黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備 完成。
[0055] 實施例2
[0056] (I)DNA三維空間骨架的制備
[0057] 4種不同的單鏈DNA，Ll序列如SEQ ID NO. 1所示；L2序列如SEQ ID NO. 2所示； L3序列如SEQ ID NO. 3所示；L4序列如SEQ ID NO. 4所示，表1顯示所用4條單鏈DNA的 序列，黑色斜體為堿基C序列，帶正電荷的Ag+特異性地吸附在DNA骨架中的堿基C上。4 條單鏈DNA的初始濃度均為IOOmM,分別用IOmM tris-HCl緩沖液重懸至終濃度為ΙΟΟηΜ， 4種DNA分子，每管取50uL等體積混合于I. 5mL離心管中，95°C水浴5分鐘后，自然冷卻到 室溫，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成具有DNA金字塔的空間骨架。
[0058] (2) DNA骨架吸附銀納米離子
[0059] 取步驟（1)制備的DNA三維空間組裝體200uL，加入一定量的AgNO3溶液，DNA與 AgNO3的摩爾比為1:50,避光反應(yīng)震蕩過夜。在反應(yīng)的過程中，帶正電荷的Ag+特異性地吸 附在DNA骨架中的堿基C上直到達到飽和，未吸附的Ag +分散在溶液中。
[0060] (3)超濾去除未吸附的銀納米離子
[0061] 取步驟⑵制備的溶液200uL，用超純水稀釋至600uL，分別加入到3個0. 5mL 30kDa的超濾管中，每管200uL，13000r/min離心10分鐘后，用超純水恢復(fù)至原體積，重復(fù)超 濾一次后，再用1 %聚乙烯吡咯烷酮（分子量55000)重懸，最終溶液的總體積為200uL。
[0062] (4)還原劑還原銀納米顆粒
[0063] 步驟（3)制備的超濾之后的溶液各取IOOuL至1個PCR管中，加入終濃度為200mM 的硼氫化鈉溶液，10秒鐘后溶液顏色逐漸變黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備 完成。
[0064] 表1實驗中所用DNA的序列

【權(quán)利要求】
1. 一種三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該銀納米材料以DNA骨架為模 板吸附銀納米離子，通過還原劑將銀納米離子還原為銀納米顆粒，從而得到具有強手性的 銀納米組裝材料。
2. 權(quán)利要求1所述的三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該DNA骨架由4條 單鏈DNA相互雜交形成； 其中，4條DNA單鏈分別為：L1，序列如SEQ ID NO. 1所示；L2,序列如SEQ ID NO. 2所 示；L3,序列如SEQ ID NO. 3所示；L4,序列如SEQ ID NO. 4所示。
3. 權(quán)利要求2所述的三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該DNA單鏈經(jīng)過 改造，通過堿基互補配對形成一個DNA金字塔的空間骨架，金字塔共6條邊，在其中的四條 邊上內(nèi)嵌有10個堿基C的序列。
4. 權(quán)利要求3所述的三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該制備方法包括 如下步驟： 1. DNA三維空間骨架的制備：將四條單鏈DNA分子：LI、L2、L3、L4等體積混合，堿基之 間通過互補配對雜交形成具有一個DNA金字塔的空間骨架即DNA三維空間骨架； 2. DNA骨架吸附銀納米離子：向步驟1)制備的三維DNA骨架中加入AgN03溶液，Ag+可 以特異性的吸附在堿基C表面； 3) 超濾去除未吸附的銀納米離子：對步驟2)制備的溶液進行超濾，去除溶液中未吸附 子DNA表面的Ag+。 4) 還原劑還原銀納米顆粒：向步驟3)制備的溶液中加入硼氫化鈉，將Ag+還原為Ag納 米顆粒，三維手性銀納米材料制備完成。
5. 權(quán)利要求4所述的三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該制備方法具體 包括如下步驟： 1. DNA三維空間骨架的制備： 4種不同的單鏈DNA :L1、L2、L3、L4,分別用緩沖液重懸至100-500nM，水浴后，快速冷卻 至IJ 4°C或逐漸冷卻到室溫，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成具有DNA金字塔的 空間骨架即DNA三維空間骨架； 2. DNA骨架吸附銀納米離子： 取步驟1)制備的DNA三維空間骨架，加入AgN03溶液，DNA與AgN03的摩爾比為 1:50-1:200,避光反應(yīng)震蕩過夜； 3) 還原劑還原銀納米顆粒： 取步驟3)反應(yīng)溶液100ul，加入終濃度為200-500mM的硼氫化鈉溶液，溶液顏色逐漸變 黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備完成。
6. 權(quán)利要求5所述的三維手性銀納米材料的制備方法，其特征在于：該制備方法具體 包括如下步驟： 1)DNA三維空間骨架的制備： 濃度為l〇〇mM的4種不同的單鏈DNA :L1、L2、L3、L4,分別用10mM tris-HCl緩沖液重 懸至終濃度為500nM，4種單鏈DNA分子，各取50uL等體積混合，95°C水浴5分鐘后，快速冷 卻到4°C，在冷卻的過程中，四條單鏈DNA相互雜交形成500nM的具有DNA金字塔的空間骨 架，g卩DNA三維空間骨架； 2. DNA骨架吸附銀納米離子： 取步驟1)制備的DNA三維空間骨架200uL，加入AgN03溶液，DNA與AgN03的摩爾比為 1:200,避光反應(yīng)震蕩過夜； 3) 超濾去除未吸附的銀納米離子： 取步驟2)制備的溶液200uL，用超純水稀釋至600uL，分3份，13000r/min離心10分鐘 后，用超純水恢復(fù)至200uL，重復(fù)超濾一次后，再用質(zhì)量體積比1 %、分子量為55000的聚乙 烯吡咯烷酮重懸，最終溶液的總體積為200uL ; 4) 還原劑還原銀納米顆粒： 步驟3)制備的超濾之后的溶液取100uL，加入終濃度為500mM的硼氫化鈉溶液，10秒 鐘后溶液顏色逐漸變黃，最終由無色變成亮黃色，則銀納米顆粒制備完成。
【文檔編號】B82Y40/00GK104384523SQ201410491748
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】嚴文靜, 章建浩 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學