一种调控负载纳米颗粒形貌的DNA折纸晶体的制备方法

本发明涉及生物，具体涉及一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法。

背景技术：

1、dna折纸技术是dna纳米技术的一个重要分支。dna严格遵循碱基互补原则，并且碱基和磷酸骨架利于化学修饰，这使其在纳米粒子修饰及自组装方面具有重要应用空间。dna折纸技术使用一根长链dna及数百根短链dna进行自组装，构建出的dna折纸单体可达近百纳米，能够负载胶体尺度的功能纳米颗粒进行高度有序的晶体组装。dna折纸八面体由田野等人于2015年首次提出(文章：nature nanotechnology,2015,10(7):637 44.),并于2020年实现了内部负载纳米颗粒的dna折纸八面体的三维纳米粒子超晶格构建(文章：naturematerials,2020,19:789-796.)。成功实现了金纳米颗粒的高效负载及多样化晶体组装，为实现具有特殊光、电、磁学信号的微纳器件提供了平台。

2、但是要实现有效的信号输出，现有组装体中纳米颗粒尺寸需要进一步提升，并且引入各向异性纳米颗粒，使输出信号能根据环境改变而发生相应的变化。然而受dna折纸八面体本身的尺寸限制，大尺寸的纳米颗粒无法直接置入。此外，各向异性的棒状纳米颗粒，表面dna修饰及直接置入也存在一定难度。因此需要通过间接方式对负载颗粒的形貌进行调控，在dna折纸八面体内负载棒状纳米颗粒。

3、目前，缺乏一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：第一方面，本发明提供了一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法；第二方面，本发明提供了调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体。

3、本申请第一方面提供一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)制备dna折纸拉长八面体框架结构：dna折纸的八面体框架结构由一根m13mp18支架链和136根dna订书机链、8根dna捕捉链，24根dna粘性末端链在特定缓冲溶液下经过21小时退火程序合成；dna折纸单体的核苷酸序列如seq no.1、2、3、4、5…192；

5、(2)将金纳米颗粒连接至dna折纸框架内：金纳米颗粒表面修饰有巯基dna链段，与dna捕捉链特异性结合，修饰完毕后使用uv-vis测定金球在520nm吸收峰强度以确定金球浓度；将金球与dna折纸框架按2:1的比例混合，经历50-20℃，33h的匀速退火获得金纳米颗粒-dna折纸拉长八面体复合结构；

6、(3)制备二维平面并进行颗粒原位生长：包括将金纳米颗粒-dna折纸拉长八面体复合结构与其互补单体混合，进行缓慢降温过程；

7、(4)二氧化硅包覆：使用结构导向剂和无机硅源进行二氧化硅的包覆；

8、(5)管式炉煅烧：包括在氩气保护气下进行煅烧，煅烧温度为400-550℃，时间为15-45分钟，制得调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体。

9、进一步地，在步骤(1)中，dna订书机链的核苷酸序列如seq no：1、2、3、4、5…136；捕捉链的核苷酸序列如seq no：137、138、139、…144；a碱基dna粘性末端链中的核苷酸序列如seq no：145、146、147、…168；b碱基dna粘性末端链中的核苷酸序列如seq no：169、170、171、…192。

10、进一步地，在步骤(1)中，合成dna折纸拉长八面体时，其8根dna捕捉链被分为两组，每组4根，位置位于dna折纸拉长八面体的上下两个空腔内，每组可抓取一个金纳米颗粒，两组共抓取两个金球。

11、更进一步地，在步骤(2)中，金纳米颗粒表面修饰的巯基dna密度较低，需要使用盐老化法，加入量为金纳米颗粒：巯基dna为1:100。合成金纳米颗粒-dna折纸八面体复合结构中的金纳米颗粒加入量都远超所需量，所以在步骤(3)晶体形成之后，需要通过洗涤沉淀更换上清液的方式，去除多余金纳米颗粒。

12、进一步地，在步骤(3)中，金/银生长剂的加入量与溶液体积成正比，比值为2，并且为保证颗粒生长均匀，金/银生长剂共分五次加入、每次加入后在旋转混匀仪上反应12h。每次生长结束后都需要清洗沉淀，去除未反应的生长剂。

13、进一步地，在步骤(4)中，进行二氧化硅包覆时，根据目标颗粒的形貌更改包裹二氧化硅壳层的厚度。

14、更进一步地，在步骤(5)中，进行管式炉煅烧时，需要通氩气保护气，煅烧温度为400-550℃，煅烧时间为15-45min，并自然冷却。

15、进一步地，在步骤(5)中，进行管式炉煅烧前，包裹二氧化硅后的dna折纸单层晶体沉积在铜网上时，使用单层膜的纯碳铜网。

16、进一步地，在步骤(5)中，进行管式炉煅烧时，单晶硅片和铜网需放置在石墨坩埚中再置于管式炉中央位置。

17、本申请第二方面提供一种由方法制得的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体，晶体内负载有经过调控形貌的纳米颗粒。

18、有益效果：本发明能够在dna折纸晶体内调控纳米颗粒的形貌，不受外部框架的限制引入各向异性纳米颗粒。在调控纳米颗粒形貌的过程中，本发明保持了dna折纸晶体的结构，使得纳米颗粒仍能进行有序周期性排列。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

20、(1)形貌转变多样性：通过二氧化硅包覆和高温煅烧过程，本发明能够使纳米颗粒的形貌从相离二聚体向哑铃状、棒状和球状转变，提供了多样化的形貌选择。

21、(2)功能纳米颗粒合成：本发明通过银生长剂的加入及煅烧过程，实现了金-银棒状合金纳米颗粒的合成，为制备具有特殊功能的纳米颗粒提供了新途径。

22、(3)高度有序的晶体组装：利用dna折纸技术，本发明能够实现纳米颗粒在dna折纸晶体内的有序组装，为构建高度有序的纳米结构提供了可能。

23、(4)环境响应性：通过调控纳米颗粒的形貌，本发明能够使输出信号根据环境变化而发生相应的变化，增强了纳米颗粒的环境响应性。

24、(5)技术创新性：本发明提供了一种新颖的方法来调控dna折纸框架内负载纳米颗粒的形貌，解决了现有技术中无法负载大尺寸或各向异性纳米颗粒的问题。

25、(6)应用潜力：本发明的方法为实现具有特殊光、电、磁学信号的微纳器件提供了平台，具有广泛的应用前景，尤其是在生物传感器、纳米电子学和材料科学等领域。

技术特征：

1.一种调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述dna订书机链的核苷酸序列如seq no：1、2、3、4、5…136；所述捕捉链的核苷酸序列如seq no：137、138、139、…144；所述a碱基dna粘性末端链中的核苷酸序列如seq no：145、146、147、…168；所述b碱基dna粘性末端链中的核苷酸序列如seq no：169、170、171、…192。

3.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，合成dna折纸拉长八面体时，其8根dna捕捉链被分为两组，每组4根，位置位于dna折纸拉长八面体的上下两个空腔内，每组可抓取一个金纳米颗粒，两组共抓取两个金球。

4.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，金纳米颗粒表面修饰的巯基dna密度较低，需要使用盐老化法，加入量为金纳米颗粒：巯基dna为1:100；合成金纳米颗粒-dna折纸八面体复合结构中的金纳米颗粒加入量都远超所需量，所以在步骤(3)晶体形成之后，需要通过洗涤沉淀更换上清液的方式，去除多余金纳米颗粒。

5.根据权利要求1和4所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，金/银生长剂的加入量与溶液体积成正比，比值为2，并且为保证颗粒生长均匀，金/银生长剂共分五次加入、每次加入后在旋转混匀仪上反应12h。

6.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，进行二氧化硅包覆时，根据目标颗粒的形貌更改包裹二氧化硅壳层的厚度。

7.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，进行管式炉煅烧时，需要通氩气保护气，煅烧温度为400-550℃，煅烧时间为15-45min，并自然冷却。

8.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，进行管式炉煅烧前，包裹二氧化硅后的dna折纸单层晶体沉积在铜网上时，使用单层膜的纯碳铜网。

9.根据权利要求1所述的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体的制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，进行管式炉煅烧时，单晶硅片和铜网需放置在石墨坩埚中再置于管式炉中央位置。

10.一种由权利要求1至7中任一项所述方法制得的调控负载纳米颗粒形貌的dna折纸晶体，其特征在于：晶体内负载有经过调控形貌的纳米颗粒。

技术总结
本发明公开了一种调控负载纳米颗粒形貌的DNA折纸晶体的制备方法，包括如下步骤：(1)制备DNA折纸拉长八面体框架结构；(2)将金纳米颗粒连接至DNA折纸框架内；(3)制备二维平面并进行颗粒原位生长；(4)二氧化硅包覆；(5)管式炉煅烧。本发明能够在DNA折纸晶体内调控纳米颗粒的形貌，不受外部框架的限制引入各向异性纳米颗粒。在调控纳米颗粒形貌的过程中，本发明保持了DNA折纸晶体的结构，使得纳米颗粒仍能进行有序周期性排列。

技术研发人员：田野,解晓琳
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10