[发明专利]一种基于DNA模板制备金属纳米导线的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种基于DNA模板制备金属纳米导线的方法。

背景技术

纳米器件是近年逐渐发展起来的热门课题，而一维纳米线在专用的纳米器件中就起到了非常重要的作用。DNA由于其构造纳米电子器件的潜力，日益成为微米和纳米组装的突出材料，这就为纳米技术与生物的结合奠定了基础。众所周知，DNA是一种重要的生物大分子，具有独特的双螺旋结构，具有热力学上的稳定性、线性的分子结构及机械刚性等优点，同时具有自组装、变性和复性等重要的性能，因此基于DNA的金属纳米导线的制备就具有重大意义。

近年来，以增加DNA构建的纳米结构的导电性为目的，发展出了以DNA为模板制备金属纳米线的工艺，在普通结构的DNA中，通过金属的引入使DNA表面金属化，DNA分子表面的电学性质发生改变，从而使利用DNA分子作为纳米导线构筑纳米器件成为可能。基于DNA的纳米银线最早有Braun E研究小组在英国自然杂志1998年391卷上报道，基于DNA的纳米铜线最早由Christopher小组在2003年纳米评论第三卷上予以报道。由于DNA自身软物质的特性，易于相互结合组装从而形成各种复杂的二级结构或网络结构，这些都对DNA的金属线的利用形成巨大的障碍，因此以上化学方法制备出的纳米导线具有直径不均匀可控、DNA模板自身扭曲厉害、方向不可控、长度不易控制等诸多缺点，且分离难度大。

发明内容

本发明的目的是针对现有基于DNA的金属纳米导线制备方法存在的一系列不足，提供一种制备金属纳米导线的化学方法，由此实现了纳米导线直径均匀可控，且导线长度、方向易于控制。

本发明的目的通过以下工艺步骤实现：

1)选择玻璃、云母、硅片、陶瓷、塑料等材料作为基底，将清洗干净的基底放入30～40％有机硅烷醇里面浸泡5～30分钟，取出后清洗风干备用；

2)将0.5～2.5mg/ml的DNA与10～30克/升MgCl₂的混合溶液平铺在基底上，自然风干2小时；

3)用蠕动泵以10～50转/分的转速将对基底进行冲刷5～20分钟，将没有结合好的DNA冲走，并尽量使得DNA自身得以延展开；

4)将制备好的基底自然风干，加入氧化剂金属盐溶液中浸泡5～30分钟，纯水冲洗2～3次后风干；

5)放入还原剂中，5～25分钟以后取出，纯水冲洗2～3次后风干，得到以DNA为骨架的金属纳米导线。

所述2)步骤中优选将1.5mg/ml的DNA与20克/升MgCl₂的混合溶液平铺在基底上。

所述3)步骤中蠕动泵以10～50转/分的转速，冲刷的时间为5～30分钟。

制备银纳米导线的氧化剂采用5～50克/升的银盐溶液，还原剂采用5～30克/升氢氧化钠加100～180克/升甲醛溶液；

制备铜纳米导线的氧化剂采用6～30克/升的铜盐溶液，还原剂采用10～25克/升次磷酸盐溶液或11～30克/升亚硫酸氢盐溶液加100～180克/升甲醛溶液；

制备铁纳米导线的氧化剂采用18～55克/升的铁盐溶液，还原剂采用9～25克/升次磷酸盐溶液；

制备镍纳米导线的氧化剂采用8～32克/升的镍盐溶液，还原剂采用7～28克/升次磷酸盐溶液；

制备金纳米导线的氧化剂采用2～35克/升的金盐溶液，还原剂采用9～25克/升次磷酸盐溶液加150～180克/升甲醛溶液。

本发明的优点在于：

1)本发明采用有机硅烷作为吸附材料，利用蠕动泵的冲刷工艺，将DNA固定在基底材料上面，能尽量避免DNA模板自身的扭曲、缠绕以及互相组装成为其他结构，由此实现了纳米导线方向可控；

2)本发明利用DNA磷酸骨架带负电的特性，吸附上金属的阳离子，然后再利用还原剂将其还原，由于还原生成的纳米粒子紧密地结合在DNA的磷酸骨架上，形成稳定的化学键合作用，因此本发明制备的纳米金属导线直径均匀可控；

3)纳米线的长度由DNA模板决定，同时处在金属纳米导线内部的DNA本身结构并没有被破坏，由此实现了纳米导线长度易于控制。再利用DNA具有自组装，变性和复性等重要的性能，为其后续的纳米器件的组装使用打下基础。

说明书附图

图1：制备的银纳米线图

图2：制备的铜纳米线图

图3：制备的铁纳米线图

图4：制备的镍纳米线图

图5：制备的金纳米线图

具体实施方式