本發(fā)明具體涉及一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構及其構建方法，屬于納米材料技術領域。

背景技術：

自1982年Seeman等人首先提出可以使用帶有互補粘性末端的分枝DNA分子來構建二維有序陣列以來，DNA納米技術得到了蓬勃的發(fā)展。2006年，Rothemund等人開發(fā)的“支架DNA折紙”(Scaffolded DNA origami)技術稱得上DNA納米技術發(fā)展的一個里程碑。通過這一技術，研究人員可以獲得大約100nm大小、任意形狀的二維DNA折紙納米結構，如矩形、正方形、三角形、星形和笑臉等不同形狀。近年來人們又設計出各類更為復雜的三維DNA折紙納米結構，使DNA這一重要的生物分子成為構建復雜納米結構的原材料。

因為DNA分子具有序列可編程性，其構建的DNA折紙納米結構表面位點可以精確調控，即具有高度的可尋址性，因此特別適合用于排布和組裝各類不同的無機納米材料。近年來，以DNA折紙納米結構為模板人們已經(jīng)獲得了各類構象精確的無機納米結構。如Kiehl等人以DNA折紙納米結構為模板組裝出金納米粒子的有序二維陣列結構；Yan等人以DNA陣列為模板成功實現(xiàn)了量子點的二維有序自組裝；Sleiman等人通過頂點有機分子控制DNA的自組裝，成功得到了包含六個金納米顆粒的平面環(huán)狀結構。這些研究結果表明DNA納米折紙是一項非常有效的納米結構制造技術。

這類以DNA折紙納米結構為模板構建出的復雜納米結構往往具有各類新穎的光、電、磁學性質。利用DNA納米折紙構建的金納米顆粒螺旋是一類新型的納米結構，金納米顆粒的局域表面等離子體激元共振特性會賦予這類手性結構較強的圓二色光譜信號，且有左手螺旋和右手螺旋之分。這類螺旋狀的手性納米結構在基礎光學研究和生物檢測等應用領域都發(fā)揮著重要作用。

然而，目前這類納米顆粒螺旋結構和其具有的光學性質都比較單一。在這類螺旋結構中引入不同種類的納米顆粒以構建更復雜的組合結構，迄今為止仍是一項挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構及其構建方法，以克服現(xiàn)有技術中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案包括：

本發(fā)明實施例提供了一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建方法，其包括：

構建二維DNA基底；

以單鏈DNA修飾納米顆粒，并以單鏈DNA修飾納米棒；

使修飾在納米顆粒上的單鏈DNA和修飾在納米棒上的單鏈DNA與二維DNA基底進行雜交，形成預結構；

使所述預結構與輔助DNA雜交，從而使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，并使所述納米棒被包裹于所述包裹結構內(nèi)，以及使復數(shù)個納米顆粒在所述包裹結構上呈三維螺旋形態(tài)分布，從而獲得納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。

在一些實施方案中，所述的構建方法包括：使輔助DNA與所述預結構中二維DNA基底上的相應捕獲鏈DNA及修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，從而使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面，并且所述二維DNA基底包括至少一組第一捕獲鏈DNA和至少一組第二捕獲鏈DNA，其中一組第一捕獲鏈包括沿第一軌跡排列的兩條以上第一捕獲鏈DNA，所述第一捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述納米棒被固定于所述二維DNA基底的第一表面，其中一組第二捕獲鏈DNA包括沿設定方向排列的兩條以上第二捕獲鏈DNA，所述第二捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第二表面伸出，并與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA雜交，使所述納米顆粒被固定于所述二維DNA基底的第二表面。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底還包括兩組第三捕獲鏈DNA，所述的兩組第三捕獲鏈DNA分為兩列且分別排布于所述納米棒兩側，其中每一列第三捕獲鏈包括沿第二軌跡排列的兩條以上第三捕獲鏈DNA，所述預結構中的納米棒上修飾有兩列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA，其中各列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA分別與各列第三捕獲鏈對應設置，所述第三捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與輔助DNA的第一鏈段雜交，同時所述輔助DNA的第二鏈段與所述預結構中修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，所述第一鏈段和第二鏈段沿輔助DNA的長度方向依次分布。

在一些實施方案中，所述包裹結構可以為圓筒狀、錐筒狀或梭子狀，且不限于此。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底為DNA折紙納米結構。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底包含可以折疊的長鏈DNA和固定鏈DNA，所述長鏈DNA在與固定鏈DNA及捕獲鏈DNA配對后折疊形成所述二維DNA基底，所述捕獲鏈DNA包括第一捕獲鏈DNA、第二捕獲鏈DNA和第三捕獲鏈DNA。

進一步的，所述納米顆粒包括金納米顆粒和/或金量子點、銀納米顆粒和/或銀量子點、半導體量子點中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步的，所述納米棒包括金納米棒或銀納米棒等，且不限于此。

在一些實施方案中，所述的構建方法可以包括：使所述預結構中的二維DNA基底沿順時針方向卷曲，從而形成呈左手螺旋結構的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。

在一些實施方案中，所述的構建方法可以包括：使所述預結構中的二維DNA基底沿逆時針方向卷曲，從而形成呈右手螺旋結構的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。

本發(fā)明實施例還提供了一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構，其包括被卷曲為包裹結構的二維DNA基底、被包裹于所述包裹結構內(nèi)的至少一納米棒以及復數(shù)個納米顆粒，所述的復數(shù)個納米顆粒呈三維螺旋形態(tài)排列在所述包裹結構上。

在一些實施方案中，所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構包括預結構和輔助DNA，所述預結構包括二維DNA基底以及結合在所述二維DNA基底上的納米顆粒和納米棒，并且所述預結構包括能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA，在所述能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA與所述輔助DNA雜交后，所述預結構中的二維DNA基底被卷曲為所述包裹結構。

在一些實施方案中，所述能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA被修飾在所述納米棒上。

在一些實施方案中，所述納米棒和納米顆粒上均修飾有單鏈DNA，所述二維DNA基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面，并且所述二維DNA基底包括至少一組第一捕獲鏈DNA和至少一組第二捕獲鏈DNA，其中一組第一捕獲鏈包括沿第一軌跡排列的兩條以上第一捕獲鏈DNA，所述第一捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述納米棒被固定于所述二維DNA基底的第一表面，其中一組第二捕獲鏈DNA包括沿設定方向排列的兩條以上第二捕獲鏈DNA，所述第二捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第二表面伸出，并與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA雜交，使所述納米顆粒被固定于所述二維DNA基底的第二表面。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底還包括兩組第三捕獲鏈DNA，所述的兩組第三捕獲鏈DNA分為兩列且分別排布于所述納米棒兩側，其中每一列第三捕獲鏈包括沿第二軌跡排列的兩條以上第三捕獲鏈DNA，所述預結構中的納米棒上修飾有兩列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA，其中各列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA分別與各列第三捕獲鏈對應設置，所述第三捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與輔助DNA的第一鏈段雜交，同時所述輔助DNA的第二鏈段與所述預結構中修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，所述第一鏈段和第二鏈段沿輔助DNA的長度方向依次分布。

在一些實施方案中，所述包裹結構可以為圓筒狀、錐筒狀或梭子狀等，但不限于此。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底為DNA折紙納米結構。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底包含可以折疊的長鏈DNA和固定鏈DNA，所述長鏈DNA在與固定鏈DNA及捕獲鏈DNA配對后折疊形成所述二維DNA基底，所述捕獲鏈DNA包括第一捕獲鏈DNA、第二捕獲鏈DNA和第三捕獲鏈DNA。

在一些實施方案中，所述納米顆粒包括金納米顆粒和/或金量子點、銀納米顆粒和/或銀量子點、半導體量子點中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

在一些實施方案中，所述納米棒包括金納米棒或銀納米棒等，且不限于此。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底沿順時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈左手螺旋結構。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底沿逆時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈右手螺旋結構。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過對二維DNA基底上的捕獲鏈位置進行設計，捕獲與之互補配對的納米顆粒、納米棒和輔助DNA，能夠實現(xiàn)對納米顆粒和納米棒的精確空間定位及二維DNA基底形變過程的精確控制，從而可以分別構建納米顆粒與納米棒的不同組合結構，特別是不同的手性結構。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一典型實施方案中一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建原理圖。

圖2a-圖2b是本發(fā)明實施例1所獲金納米顆粒左手螺旋包裹金納米棒組合結構的透射電子顯微鏡照片。

圖3a-圖3b是本發(fā)明實施例2所獲金納米顆粒右手螺旋包裹金納米棒組合結構的透射電子顯微鏡照片。

具體實施方式

鑒于現(xiàn)有技術中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和大量實踐，得以提出本發(fā)明的技術方案。如下將對該技術方案、其實施過程及原理等作進一步的解釋說明。

本發(fā)明實施例的一個方面提供的一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構包括被卷曲為包裹結構的二維DNA基底、被包裹于所述包裹結構內(nèi)的至少一納米棒以及復數(shù)個納米顆粒，所述的復數(shù)個納米顆粒呈三維螺旋形態(tài)排列在所述包裹結構上。

進一步的，所述的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構包括預結構和輔助DNA，所述預結構包括二維DNA基底以及結合在所述二維DNA基底上的納米顆粒和納米棒，并且所述預結構包括能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA，在所述能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA與所述輔助DNA雜交后，所述預結構中的二維DNA基底被卷曲為所述包裹結構。

在一些實施方案中，所述能夠與輔助DNA雜交的單鏈DNA被修飾在所述納米棒上。

在一些實施方案中，所述納米棒和納米顆粒上均修飾有單鏈DNA，所述二維DNA基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面，并且所述二維DNA基底包括至少一組第一捕獲鏈DNA和至少一組第二捕獲鏈DNA，其中一組第一捕獲鏈包括沿第一軌跡排列的兩條以上第一捕獲鏈DNA，所述第一捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述納米棒被固定于所述二維DNA基底的第一表面，其中一組第二捕獲鏈DNA包括沿設定方向排列的兩條以上第二捕獲鏈DNA，所述第二捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第二表面伸出，并與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA雜交，使所述納米顆粒被固定于所述二維DNA基底的第二表面。

在一些較為具體的實施方案中，所述的設定方向與所述納米棒的軸線基本平行。

在一些較為具體的實施方案中，所述的第一軌跡優(yōu)選為直線形軌跡。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包括一組第一捕獲鏈DNA，所述的一組第一捕獲鏈DNA沿直線形軌跡排布在所述二維DNA基底的第一表面中央。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包括復數(shù)條第二捕獲鏈DNA，該復數(shù)條第二捕獲鏈DNA分為至少兩列平行排布，并使得復數(shù)個納米顆粒分為兩列以上平行排布在所述二維DNA基底的第二表面。

在一些較為具體的實施方案中，其中每一列納米顆粒沿直線形軌跡排列在所述二維DNA基底的第二表面。

在一些較為具體的實施方案中，其中每一列第二捕獲鏈DNA包括4組以上第二捕獲鏈DNA，每一組第二捕獲鏈DNA包括兩條以上第二捕獲鏈DNA。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底還包括兩組第三捕獲鏈DNA，所述的兩組第三捕獲鏈DNA分為兩列且分別排布于所述納米棒兩側，其中每一列第三捕獲鏈包括沿第二軌跡排列的兩條以上第三捕獲鏈DNA，所述預結構中的納米棒上修飾有兩列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA，其中各列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA分別與各列第三捕獲鏈對應設置，所述第三捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與輔助DNA的第一鏈段雜交，同時所述輔助DNA的第二鏈段與所述預結構中修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，所述第一鏈段和第二鏈段沿輔助DNA的長度方向依次分布。

進一步的，所述第二軌跡可以為直線形軌跡或曲線形軌跡，優(yōu)選為直線形軌跡。

在一些實施方案中，所述包裹結構為圓筒狀、錐筒狀或梭子狀，優(yōu)選為圓筒狀。

在一些較為具體的實施方案中，所述包裹結構與所述納米棒同軸設置。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底為DNA折紙納米結構。

進一步的，前述實施例中的二維DNA基底大體成二維平面，可以通過DNA自組裝技術構建形成。例如，可以通過DNA折紙術來構建形成。所述納米棒以與二維DNA基底基本上平行地方式固定在二維DNA基底上。

優(yōu)選的，前述二維DNA基底為矩形DNA折紙納米結構，例如60nm×90nm×2nm的矩形DNA折紙納米結構。

當然，前述二維DNA基底也可以是正方形、三角形、圓形、星形等其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包含可以折疊的長鏈DNA和固定鏈DNA，所述長鏈DNA在與固定鏈DNA及捕獲鏈DNA配對后折疊形成所述二維DNA基底，所述捕獲鏈DNA包括第一捕獲鏈DNA、第二捕獲鏈DNA和第三捕獲鏈DNA。

進一步的，前述可以折疊的長鏈DNA可以為提取自病毒的長鏈DNA，例如提取自m13mp18、m13mp19病毒的單鏈DNA等，但不限于此。

在一些較為具體的實施例中，前述DNA折紙納米結構可以是主要由m13mp18病毒中提取的7259個堿基的單鏈DNA和一組固定鏈DNA與捕獲鏈DNA配對使m13mp18病毒DNA折疊而成。

在一些較為具體的實施例中，所述固定鏈DNA和捕獲鏈DNA的總數(shù)可以依據(jù)實際需求而定，例如可以為182～192條，例如可以為182或192條。

進一步的，前述各固定鏈的堿基數(shù)量可以相對或不相等。

在一些較為具體的實施例中，所述固定鏈的堿基數(shù)可以為25～32條，例如25或32條。

在一些較為具體的實施方案中，修飾于納米顆粒上的單鏈DNA和修飾于納米棒上的單鏈DNA具有不同序列。

在一些更為具體的實施例中，前述的任一捕獲鏈DNA均可以包括兩段短序列S1和S2，所述短序列S1參與前述長鏈DNA，例如m13mp18病毒DNA配對，所述短序列S2為粘性末端用以捕獲所述納米顆粒、納米棒等。

在一些更為具體的實施例中，任意一條前述捕獲鏈DNA通過對短序列S1延伸或減少若干堿基數(shù)，例如5～35個堿基數(shù)，例如5、15、25、35個堿基數(shù)都可以使短序列S2在二維DNA基底上的朝向相反。

在一些更為具體的實施例中，任意一個納米棒可以被七條第一捕獲鏈DNA捕獲，任意一個納米顆粒可以被四條第二捕獲鏈DNA捕獲。如此，可以使納米棒、納米顆粒等可以更為緊固的與二維DNA基底結合。

進一步的，前述納米顆粒包括金納米顆粒和/或金量子點、銀納米顆粒和/或銀量子點、半導體量子點等中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步的，前述納米棒包括金納米棒或銀納米棒等，且不限于此。

進一步的，在前述實施方案中，用以修飾納米顆粒和納米棒的單鏈DNA為帶有活性基團的DNA，例如經(jīng)巰基功能化的DNA，從而可以利用巰基與納米顆粒和納米棒之間形成的共價鍵實現(xiàn)單鏈DNA與納米顆粒和納米棒之間的穩(wěn)定結合。

進一步的，在前述實施方案中，用于與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA互補的各捕獲鏈DNA的序列可以相同。

進一步的，在前述實施方案中，用于與修飾在納米棒上的單鏈DNA互補的各捕獲鏈DNA的序列可以相同或不同。

進一步的，在前述實施方案中，將經(jīng)單鏈DNA修飾的納米顆粒和納米棒與所述二維DNA基底進行雜交形成預結構的雜交溫度低于所述二維DNA基底的解鏈溫度，以防止二維DNA基底自身的分解。

進一步的，在前述實施方案中，將輔助DNA與所述預結構進行雜交的雜交溫度低于所述二維DNA基底的解鏈溫度，以防止二維DNA基底自身的分解。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底沿順時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈左手螺旋結構。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底沿逆時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈右手螺旋結構。

本發(fā)明實施例的另一個方面提供的一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建方法包括：

構建二維DNA基底；

以單鏈DNA修飾納米顆粒，并以單鏈DNA修飾納米棒；

使修飾在納米顆粒上的單鏈DNA和修飾在納米棒上的單鏈DNA與二維DNA基底進行雜交，形成預結構；

使所述預結構與輔助DNA雜交，從而使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，并使所述納米棒被包裹于所述包裹結構內(nèi)，以及使復數(shù)個納米顆粒在所述包裹結構上呈三維螺旋形態(tài)分布，從而獲得納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。

在一些實施方案中，所述的構建方法包括：使輔助DNA與所述預結構中修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，從而使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底包括第一表面和與第一表面相背對的第二表面，并且所述二維DNA基底包括至少一組第一捕獲鏈DNA和至少一組第二捕獲鏈DNA，其中一組第一捕獲鏈包括沿第一軌跡排列的兩條以上第一捕獲鏈DNA，所述第一捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述納米棒被固定于所述二維DNA基底的第一表面，其中一組第二捕獲鏈DNA包括沿設定方向排列的兩條以上第二捕獲鏈DNA，所述第二捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第二表面伸出，并與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA雜交，使所述納米顆粒被固定于所述二維DNA基底的第二表面。

在一些較為具體的實施方案中，所述的設定方向與所述納米棒的軸線基本平行。

在一些較為具體的實施方案中，所述的第一軌跡優(yōu)選為直線形軌跡。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包括一組第一捕獲鏈DNA，所述的一組第一捕獲鏈DNA沿直線形軌跡排布在所述二維DNA基底的第一表面中央；優(yōu)選的，所述的一組第一捕獲鏈DNA包括七條以上第一捕獲鏈DNA。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包括復數(shù)條第二捕獲鏈DNA，該復數(shù)條第二捕獲鏈DNA分為至少兩列平行排布，并使得復數(shù)個納米顆粒分為兩列以上平行排布在所述二維DNA基底的第二表面。

在一些更為具體的實施方案中，其中每一列納米顆粒沿直線形軌跡排列在所述二維DNA基底的第二表面。

在一些更為具體的實施方案中，其中每一列第二捕獲鏈DNA包括4組以上第二捕獲鏈DNA，每一組第二捕獲鏈DNA包括兩條以上第二捕獲鏈DNA。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底還包括兩組第三捕獲鏈DNA，所述的兩組第三捕獲鏈DNA分為兩列且分別排布于所述納米棒兩側，其中每一列第三捕獲鏈包括沿第二軌跡排列的兩條以上第三捕獲鏈DNA，所述預結構中的納米棒上修飾有兩列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA，其中各列能夠與所述輔助DNA的第二鏈段雜交的單鏈DNA分別與各列第三捕獲鏈對應設置，所述第三捕獲鏈DNA的至少部分鏈段從所述二維DNA基底的第一表面伸出，并與輔助DNA的第一鏈段雜交，同時所述輔助DNA的第二鏈段與所述預結構中修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構，所述第一鏈段和第二鏈段沿輔助DNA的長度方向依次分布。

進一步的，所述第二軌跡可以為直線形軌跡或曲線形軌跡，優(yōu)選為直線形軌跡。

進一步的，所述包裹結構可以為圓筒狀、錐筒狀或梭子狀等，優(yōu)選為圓筒狀。

在一些較佳實施方案中，所述包裹結構與所述納米棒同軸設置。

在一些實施方案中，所述二維DNA基底為DNA折紙納米結構。

進一步的，前述實施例中的二維DNA基底大體成二維平面，可以通過DNA自組裝技術構建形成。例如，可以通過DNA折紙術來構建形成。所述納米棒以與二維DNA基底基本上平行地方式固定在二維DNA基底上。

優(yōu)選的，前述二維DNA基底為矩形DNA折紙納米結構，例如60nm×90nm×2nm的矩形DNA折紙納米結構。

當然，前述二維DNA基底也可以是正方形、三角形、圓形、星形等其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底包含可以折疊的長鏈DNA和固定鏈DNA，所述長鏈DNA在與固定鏈DNA及捕獲鏈DNA配對后折疊形成所述二維DNA基底，所述捕獲鏈DNA包括第一捕獲鏈DNA、第二捕獲鏈DNA和第三捕獲鏈DNA。

進一步的，前述可以折疊的長鏈DNA可以為提取自病毒的長鏈DNA，例如提取自m13mp18、m13mp19病毒的單鏈DNA等，但不限于此。

在一些較為具體的實施例中，前述DNA折紙納米結構可以是主要由m13mp18病毒中提取的7259個堿基的單鏈DNA和一組固定鏈DNA與捕獲鏈DNA配對使m13mp18病毒DNA折疊而成。

在一些較為具體的實施例中，所述固定鏈DNA和捕獲鏈DNA的總數(shù)可以依據(jù)實際需求而定，例如可以為182～192條，例如可以為182或192條。

進一步的，前述各固定鏈的堿基數(shù)量可以相對或不相等。

在一些較為具體的實施例中，所述固定鏈的堿基數(shù)可以為25～32條，例如25或32條。

在一些較為具體的實施方案中，修飾于納米顆粒上的單鏈DNA和修飾于納米棒上的單鏈DNA具有不同序列。

在一些更為具體的實施例中，前述的任一捕獲鏈DNA均可以包括兩段短序列S1和S2，所述短序列S1參與前述長鏈DNA，例如m13mp18病毒DNA配對，所述短序列S2為粘性末端用以捕獲所述納米顆粒、納米棒等。

在一些更為具體的實施例中，任意一條前述捕獲鏈DNA通過對短序列S1延伸或減少若干堿基數(shù)，例如5～35個堿基數(shù)，例如5、15、25、35個堿基數(shù)都可以使短序列S2在二維DNA基底上的朝向相反。

在一些更為具體的實施例中，任意一個納米棒可以被七條第一捕獲鏈DNA捕獲，任意一個納米顆?？梢员凰臈l第二捕獲鏈DNA捕獲。如此，可以使納米棒、納米顆粒等可以更為緊固的與二維DNA基底結合。

進一步的，前述納米顆粒包括金納米顆粒和/或金量子點、銀納米顆粒和/或銀量子點、半導體量子點等中的任意一種或兩種以上的組合，且不限于此。

進一步的，前述納米棒包括金納米棒或銀納米棒等，且不限于此。

進一步的，在前述實施方案中，用以修飾納米顆粒和納米棒的單鏈DNA為帶有活性基團的DNA，例如經(jīng)巰基功能化的DNA，從而可以利用巰基與納米顆粒和納米棒之間形成的共價鍵實現(xiàn)單鏈DNA與納米顆粒和納米棒之間的穩(wěn)定結合。

進一步的，在前述實施方案中，用于與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA互補的各捕獲鏈DNA的序列可以相同。

進一步的，在前述實施方案中，用于與修飾在納米棒上的單鏈DNA互補的各捕獲鏈DNA的序列可以相同或不同。

進一步的，在前述實施方案中，將經(jīng)單鏈DNA修飾的納米顆粒和納米棒與所述二維DNA基底進行雜交形成預結構的雜交溫度低于所述二維DNA基底的解鏈溫度，以防止二維DNA基底自身的分解。

進一步的，在前述實施方案中，將輔助DNA與所述預結構進行雜交的雜交溫度低于所述二維DNA基底的解鏈溫度，以防止二維DNA基底自身的分解。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底沿順時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈左手螺旋結構。

在一些較為具體的實施方案中，所述二維DNA基底沿逆時針方向卷曲，使所述納米顆粒螺旋和納米棒組合結構呈右手螺旋結構。

在一些較為具體的實施例中，所述的構建方法還可包括：在構建完成所述二維DNA基底之后，除去多余的DNA鏈。例如，在一些較為具體的實施方案中，在完成二維DNA基底的構建后，還可以將所述二維DNA基底進行瓊脂糖凝膠電泳(例如可以采用1％瓊脂糖凝膠)，用于除去多余的DNA鏈，以防止多余的單鏈DNA在后續(xù)過程中可能產(chǎn)生的一系列不良影響，例如，游離的捕獲鏈DNA可能會對納米顆粒和納米棒在二維DNA基底上的固定和定位造成不良影響，也可能會對對輔助DNA與二維DNA基底的結合固定造成不良影響，等等。

在一些較為具體的實施例中，所述的構建方法還包括：在以單鏈DNA對納米顆粒和納米棒進行修飾后，還將多余的單鏈DNA鏈除去。例如，在一些較為具體的實施方案中，在完成納米顆粒和納米棒表面的單鏈DNA修飾后，還可以采用瓊脂糖電泳(例如可以采用2％瓊脂糖凝膠)將多余的DNA分離并除去，以防止多余的單鏈DNA在后續(xù)過程中對納米顆粒和納米棒在二維DNA基底上的固定和定位造成影響。

在本發(fā)明的一較為典型的具體實施案例中，一種納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建方法可以按照如圖1所示方式實施，其可以包括：

(1)提供基于DNA折紙納米結構的矩形二維DNA基底，該二維DNA基底包含可以折疊的長鏈DNA和固定鏈DNA，所述長鏈DNA在與固定鏈DNA及捕獲鏈DNA配對后折疊形成所述二維DNA基底，所述捕獲鏈DNA包括第一捕獲鏈DNA(可以為一組共七條)、第二捕獲鏈DNA(可以為平行排布的兩列，每列共四組，每組共四條)和第三捕獲鏈DNA(可以為平行排布的兩列，每列有兩條以上)。

(2)使第一捕獲鏈DNA與修飾在納米棒上的單鏈DNA雜交，將納米棒固定于所述二維DNA基底的第一表面，以及使第二捕獲鏈DNA與修飾在納米顆粒上的單鏈DNA雜交，使納米顆粒被固定于所述二維DNA基底的第二表面，該第一表面與第二表面相背對設置，從而形成預結構，其中依據(jù)納米顆粒在二維DNA基底第二表面的排列形式，該預結構可以分為LH預結構(左手螺旋預結構)和RH預結構(右手螺旋預結構)。

(3)使預結構中的第三捕獲鏈DNA及修飾在納米棒上的單鏈DNA與輔助DNA雜交，從而使所述預結構中的二維DNA基底卷曲形成包裹結構(可以為圓筒形)，并使所述納米棒被包裹于所述包裹結構內(nèi)，以及使納米顆粒在所述包裹結構上呈三維螺旋形態(tài)分布，從而獲得納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。其中依據(jù)納米顆粒在所述包裹結構上的排列形式，該納米顆粒螺旋和納米棒組合結構可以分為LH組合結構(左手螺旋組合結構)和RH組合結構(右手螺旋組合結構)。

在本發(fā)明的前述實施方案中，通過對基底上的捕獲鏈位置進行設計，捕獲與之互補配對的納米顆粒、納米棒和輔助DNA，能夠實現(xiàn)對納米顆粒和納米棒的精確空間定位及基底的形變過程，從而可以分別構建納米顆粒左手螺旋與右手螺旋和納米棒的不同組合結構。

以下結合附圖和若干實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步的解釋說明。雖然在以下各實施例中以通過DNA折紙術構建的瓦片狀的60nm×90nm×2nm的矩形二維DNA基底作為示例，但如上所述，本發(fā)明不限于此，而是還可以其它形狀(如三角形，正方形等)的二維DNA基底作為基底。在本發(fā)明提供的實施例中，DNA基底優(yōu)選為60nm×90nm×2nm的長方形DNA折紙納米結構。

實施例1

1.利用DNA自組裝技術構建DNA基底

將濃度為20μM的一組固定鏈(約200條)與m13mp病毒單鏈DNA以摩爾比20:1的比例混合；再加入用以捕獲納米顆粒、納米棒和輔助DNA的短鏈DNA，即捕獲鏈，該捕獲鏈DNA粘性末端序列S2與納米顆粒、納米棒表面的單鏈DNA及輔助DNA分別配對，另一段序列S1參與m13mp18病毒單鏈DNA的配對，構成二維DNA基底的一部分，該段序列S1末端增加或減少5個堿基可使捕獲鏈粘性末端S2在DNA基底上朝向反面；再用50×TAE-Mg溶液將溶液中緩沖液濃度稀釋為1×TAE-Mg，將混合溶液用PCR核酸擴增儀退火，從94℃緩慢降溫，經(jīng)12小時降至室溫，形成所需要的二維DNA基底。

其中，用以捕獲納米顆粒的捕獲鏈DNA的序列可以為(5’→3’)：

GTGCCACGAGACTCA。

其中，用以捕獲納米棒的捕獲鏈DNA的序列可以為(5’→3’)：

AAAAAAAAAAAAAAA。

在本發(fā)明提供的該實施例中，DNA折紙納米結構是用m13mp病毒單鏈DNA，和一組固定鏈DNA與捕獲鏈DNA配對使m13mp18病毒DNA折疊而成，固定鏈DNA和捕獲鏈DNA總數(shù)為192條，且任意一條固定鏈的堿基數(shù)量可不相等，固定鏈的堿基數(shù)約為32，捕獲鏈DNA包括兩短序列S1和S2，短序列S1參與m13mp18病毒DNA配對，短序列S2為粘性末端用以捕獲納米顆粒、納米棒和輔助DNA，任意一條捕獲鏈DNA通過對短序列S1延伸或減少5個堿基數(shù)都可以使短序列S2在DNA基底上的朝向相反。

在本發(fā)明提供的實施例中，一個納米棒需要7條捕獲鏈DNA捕獲，這7條捕獲鏈DNA可以在二維DNA基底的中部沿直線形軌跡排列。一個納米顆粒需要4條捕獲鏈DNA捕獲，捕獲8個納米顆粒的8組捕獲鏈在矩形DNA基底上排列為從右上至左下平行的兩列，每列含有4組，每組包含4條捕獲鏈。

在本發(fā)明提供的實施例中，m13mp病毒單鏈DNA為在m13mp18病毒中提取的7259個堿基的單鏈DNA。

在完成DNA基底構建之后，還包括下述步驟：將構建的DNA折紙納米結構進行1％瓊脂糖凝膠電泳，除去多余的DNA鏈，將純化后的DNA折紙納米結構于4℃保存，用于后面的雜交實驗。

2.用DNA對納米棒進行修飾

將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)保護的13nm×38nm金納米棒離心兩次，第一次離心(12000轉/分，15分鐘)后用去離子水復溶，第二次離心(9000轉/分，12分鐘)，用去離子水復溶，然后加入十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液，使納米棒溶液含有0.01wt％的SDS。將單鏈DNA加入納米棒溶液，并以納米棒：DNA為1：1000的摩爾比振蕩過夜，然后用5×TBE溶液將納米棒溶膠的緩沖液濃度調為1×TBE，再慢慢加入5mol/L的NaCl溶液，24小時后，溶液的NaCl最終濃度為0.5mol/L。將經(jīng)DNA修飾后的納米棒用2％瓊脂糖電泳將多余的DNA除去，切下所需要的條帶進行濃縮，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后續(xù)的雜交步驟中對納米棒的精確定位造成影響。

其中，用以修飾納米棒的單鏈DNA的序列可以為：

5’—TTTTTTTTTTTTTTTAGCGA—3’。

在本發(fā)明提供的該實施例中，用于對納米棒進行修飾的DNA優(yōu)選為巰基DNA，從而利用巰基與納米棒之間形成的共價鍵來實現(xiàn)DNA與納米棒之間的結合。

在本發(fā)明提供的實施例中，納米棒優(yōu)選為13nm×38nm的金納米棒?？梢岳斫?，納米棒還可以為其他尺寸的金納米棒、銀納米棒或其他貴金屬納米棒。

3.用DNA對納米顆粒進行修飾

將檸檬酸鈉保護的10nm金納米顆粒用二水合雙(對-磺酰苯基)苯基膦化二鉀鹽(BSPP)修飾，然后加NaCl粉末直至溶液變?yōu)榛宜{色，并將得到的溶液進行離心處理(離心速率為4500轉/分，離心時間為30分鐘)，再用BSPP溶液復溶。在經(jīng)上述濃縮處理后的納米顆粒加入DNA進行修飾，將納米顆粒與單鏈DNA以1：200的摩爾比進行混合，振蕩過夜。將經(jīng)DNA修飾后的納米棒用2％瓊脂糖電泳將多余的DNA除去，切下所需要的條帶進行濃縮，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后續(xù)的雜交步驟中對納米顆粒的精確定位造成影響。

其中，用以修飾納米顆粒的單鏈DNA的序列可以為：

5’—TGAGTCTCGTGGCACAAA—3’。

在本發(fā)明提供的實施例中，用于修飾對納米顆粒進行修飾的DNA優(yōu)選為巰基DNA，從而利用巰基與納米棒之間形成的共價鍵來實現(xiàn)DNA與納米顆粒之間的結合。

在本發(fā)明提供的該實施例中，納米顆粒優(yōu)選為10nm的金納米顆粒?？梢岳斫?，納米顆粒還可以為其他尺寸的金納米顆粒、銀納米顆粒或半導體量子點等。

4.將經(jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒與DNA基底進行雜交，形成預結構。

將純化后的DNA折紙納米結構及經(jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒以摩爾比1:5:50比例進行雜交，并在PCR核酸擴增儀中退火，退火溫度程序為45℃降至30℃，每10分鐘降低1℃，執(zhí)行4個循環(huán)?？梢岳斫?，將經(jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒與DNA基底進行雜交的雜交溫度低于DNA基底的解鏈溫度。

5.用輔助DNA將預結構形變?yōu)榧{米顆粒螺旋和納米棒的組合結構。

將預結構與輔助DNA以1：10的摩爾比進行混合，振蕩過夜，得到組合結構。

其中，輔助DNA的其序列可以為：

5’—TGACAGGTTAGCAGTAAAAAAAAAAAAAAA—3’。

8組捕獲鏈在矩形DNA基底上排列為從右上至左下平行的兩列，每列含有4組捕獲鏈，加入的輔助DNA使得預結構中的矩形DNA基底朝納米棒方向卷曲形成桶狀結構，得到10nm金納米顆粒左手螺旋包裹13×38nm金納米棒的組合結構。

再將組合結構在0.5×TAE-Mg²⁺緩沖溶液中進行1％瓊脂糖凝膠電泳，切下組合結構所在位置的條帶，再次濃縮，即可高產(chǎn)率地得到所需的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構。

請參閱圖2a和圖2b分別是本發(fā)明實施例1所獲的一種10nm金納米顆粒左手螺旋包裹13×38nm金納米棒組合結構的透射電子顯微鏡照片。從圖2a-圖2b中可以看出，本發(fā)明該實施例提供的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建方法，通過對基底上的捕獲鏈位置進行設計，捕獲與之互補配對的納米顆粒、納米棒和輔助DNA，能夠實現(xiàn)對納米顆粒和納米棒的精確空間定位及基底的形變過程，最終構建出特定設計的納米顆粒左手螺旋包裹納米棒的組合結構。

實施例2

1.利用DNA自組裝技術構建DNA基底

將濃度為20μM的一組固定鏈與m13mp病毒單鏈DNA以摩爾比20:1的比例混合；再加入用以捕獲納米顆粒、納米棒和輔助DNA的短鏈DNA，即捕獲鏈，該捕獲鏈DNA粘性末端S2與納米顆粒、納米棒表面的單鏈DNA及輔助DNA分別配對，另一段序列S1參與m13mp18病毒單鏈DNA的配對，構成基底的一部分，該段序列末端增加或減少5個堿基可使捕獲鏈粘性末端S2在DNA基底上朝向反面；再用50×TAE-Mg溶液將溶液中緩沖液濃度稀釋為1×TAE-Mg，將混合溶液用PCR核酸擴增儀退火，從94℃緩慢降溫，經(jīng)12小時降至室溫，形成所需要的DNA基底。

在本發(fā)明提供的實施例中，DNA基底優(yōu)選為60nm×90nm×2nm的長方形DNA折紙納米結構。DNA基底還可以為其他形狀的二維DNA折紙納米結構，如三角形，正方形等。

在本發(fā)明提供的實施例中，DNA折紙納米結構是用m13mp病毒單鏈DNA，和一組固定鏈DNA與捕獲鏈DNA配對使m13mp18病毒DNA折疊而成，固定鏈DNA和捕獲鏈DNA總數(shù)為192條，且任意一條固定鏈的堿基數(shù)量可不相等，固定鏈的堿基數(shù)約為32，捕獲鏈DNA包括兩短序列S1和S2，短序列S1參與m13mp18病毒DNA配對，短序列S2為粘性末端用以捕獲納米顆粒、納米棒和輔助DNA，任意一條捕獲鏈DNA通過對短序列S1延伸或減少5個堿基數(shù)都可以使短序列S2在DNA基底上的朝向相反。本實施例的各捕獲鏈，固定鏈，修飾納米顆粒、納米棒表面的單鏈DNA，以及輔助DNA的序列可以依據(jù)業(yè)界已知的方法設計。

在本發(fā)明提供的實施例中，一個納米棒需要7條捕獲鏈DNA捕獲，一個納米顆粒需要4條捕獲鏈DNA捕獲，捕獲8個納米顆粒的8組捕獲鏈在矩形DNA基底上排列為從左上至右下平行的兩列，每列含有4組，每組4條捕獲鏈。

在本發(fā)明提供的實施例中，m13mp病毒單鏈DNA為在m13mp18病毒中提取的7259個堿基的單鏈DNA。

在完成DNA基底構建之后，還包括下述步驟：將構建的DNA折紙納米結構進行1％瓊脂糖凝膠電泳，除去多余的DNA鏈，將純化后的結構于4℃保存，用于后面的雜交實驗。

2.用DNA對納米棒進行修飾

將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)保護的13×38nm金納米棒離心兩次，第一次離心(12000轉/分，15分鐘)后用去離子水復溶，第二次離心(9000轉/分，12分鐘)，用去離子水復溶，然后加入十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液，使納米棒溶液含有0.01％的SDS。將DNA加入納米棒溶液，并以納米棒：DNA為1：1000的摩爾比振蕩過夜，然后用5×TBE溶液將納米棒溶膠的緩沖液濃度調為1×TBE，再慢慢加入5mol/L的NaCl溶液，24小時后，溶液的NaCl最終濃度為0.5mol/L。將經(jīng)DNA修飾后的納米棒用2％瓊脂糖電泳將多余的DNA除去，切下所需要的條帶進行濃縮，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后續(xù)的雜交步驟中對納米棒的精確定位造成影響。

在本發(fā)明提供的實施例中，用于對納米棒進行修飾的DNA優(yōu)選為巰基DNA，從而利用巰基與納米棒之間形成的共價鍵來實現(xiàn)DNA與納米棒之間的結合。

在本發(fā)明提供的實施例中，納米棒優(yōu)選為13×38nm的金納米棒。可以理解，納米棒還可以為其他尺寸的金納米棒、銀納米棒或其他貴金屬納米棒。

3.用DNA對納米顆粒進行修飾

將檸檬酸鈉保護的6nm金納米顆粒用二水合雙(對-磺酰苯基)苯基膦化二鉀鹽(BSPP)修飾，然后加NaCl粉末直至溶液變?yōu)榛宜{色，并將得到的溶液進行離心處理(離心速率為4500轉/分，離心時間為30分鐘)，再用BSPP溶液復溶。在經(jīng)上述濃縮處理后的納米顆粒加入DNA進行修飾，將納米顆粒與DNA以1：200的摩爾比進行混合，振蕩過夜。將經(jīng)DNA修飾后的納米棒用2％瓊脂糖電泳將多余的DNA除去，切下所需要的條帶進行濃縮，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后續(xù)的雜交步驟中對納米顆粒的精確定位造成影響。

在本發(fā)明提供的實施例中，用于修飾對納米顆粒進行修飾的DNA優(yōu)選為巰基DNA，從而利用巰基與納米棒之間形成的共價鍵來實現(xiàn)DNA與納米顆粒之間的結合。

在本發(fā)明提供的實施例中，納米顆粒優(yōu)選為6nm的金納米顆粒。可以理解，納米顆粒還可以為其他尺寸的金納米顆粒、銀納米顆粒或半導體量子點。

4.將經(jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒與DNA基底進行雜交，形成預結構。

將純化后的DNA折紙納米結構及經(jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒以摩爾比1:5:50比例進行雜交，并在PCR核酸擴增儀中退火，退火溫度程序為45℃降至30℃，每10分鐘降低1℃，執(zhí)行4個循環(huán)?？梢岳斫猓瑢⒔?jīng)DNA修飾后的納米棒和納米顆粒與DNA基底進行雜交的雜交溫度低于DNA基底的解鏈溫度。

5.用輔助DNA將預結構形變?yōu)榧{米顆粒螺旋和納米棒的組合結構。

將預結構與輔助DNA以1：10的摩爾比進行混合，振蕩過夜，得到組合結構。

8組捕獲鏈在矩形DNA基底上排列為從左上至右下平行的兩列，每列含有4組捕獲鏈，加入的輔助DNA使得預結構中的矩形DNA基底朝納米棒方向卷曲形成桶狀結構，得到6nm金納米顆粒右手螺旋包裹13×38nm金納米棒的組合結構。

再將組合結構在0.5×TAE-Mg²⁺緩沖溶液中進行1％瓊脂糖凝膠電泳，切下組合結構所在位置的條帶，再次濃縮，即可高產(chǎn)率地可得到所需結構。

請參閱圖3a-圖3b是本發(fā)明實施例2所獲的一種金納米顆粒右手螺旋包裹金納米棒組合結構的透射電子顯微鏡照片。從圖3a-圖3b中可以看出，本發(fā)明該實施例提供的納米顆粒螺旋和納米棒組合結構的構建方法，通過對基底上的捕獲鏈位置進行設計，捕獲與之互補配對的納米顆粒、納米棒和輔助DNA，能夠實現(xiàn)對納米顆粒和納米棒的精確空間定位及基底的形變過程，最終構建出特定設計的納米顆粒右手螺旋包裹納米棒的組合結構。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內(nèi)。