[发明专利]具有电位势梯度的肽核酸纳米异质结及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于生物有机光伏材料领域，特别涉及具有电位势梯度的肽核酸纳米异质结及其制备方法与应用。

背景技术

肽核酸(peptide nucleic acid，PNA，见文献：Nielsen，P.E.；Egholm，M.；Berg，R.H.；Buchardt，O.，Sequence selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substitute polyamide，Science，1991，254，1498～1500)是一类典型的核酸(DNA)结构模拟分子，它用2-氨乙基-甘氨酸为单元形成的类肽链替换了核酸的磷酯链，但保留了DNA的碱基结构，碱基为thymine(T)的肽核酸分子结构如式a所示。因此，PNA分子为电中性，而且具有很好的光、热和化学稳定性。此前，本发明人首次提出通过改变碱基的化学结构来合成具有不同电性能的类碱基单元，并通过序列设计构建得到了具有电位势梯度的核酸仿生纳米结构材料，该材料可望应用光电子领域，特别是太阳能电池领域(詹传郎，姚建年，具有电位势梯度的核酸仿生纳米材料及其用途和制备方法，专利申请号：200710098831.7)。

(式a)

发明内容

本发明的目的是提供具有电位势梯度的肽核酸纳米异质结及其制备方法与应用。

本发明提供的具有电位势梯度的肽核酸纳米异质结，如式I所示，

(式I)

所述式I中的PNA为-CONH-Tn-CONH₂或-NHCO-Tn-NHCO-R₂-Pc；

所述Tn为n个碱基为T的肽核酸，n为4-10的整数；所述碱基选自式IIa、式IIb、式IIc、式IId、式IIf、式IIg和式IIh所示化合物中的至少一种；

(式IIa)           (式IIb)

(式IIc)萘并尿嘧啶(T_na)  (式IId)苯并尿嘧啶(T_φ)  (式IIf)二取代苯并尿嘧

                             啶(T_φ′)

(式IIg)吡啶并尿嘧啶(T_py-8)           (式IIh)吡啶并尿嘧啶(T_py-5)

所述An为n个碱基为A的肽核酸，n为4-10的整数；所述碱基A为式IIi所示腺嘌呤；

(式IIi)

所述PDI为式III所示苝二酰亚胺化合物，所述Pc为式IV或式V所示酞菁化合物；

(式III)

所述R₁均选自重复结构单元为-CH₂CH₂O-的乙二醚链和碳原子数为1-6的烷基链中的任意一种，所述R为吡啶、吡啶鎓盐、苯或对苯甲酸；所述R₁中，所述-CH₂CH₂O-重复结构单元的个数为1-3，所述重复结构单元为-CH₂CH₂O-的乙二醚链和碳原子数为1-6的烷基链的末端均为氨基或羧基；

(式IV)

(式V)

所述R和R₂均选自碳原子数为1～20的烷基链或重复结构单元为-CH₂CH₂O-的乙二醚链，所述-CH₂CH₂O-重复结构单元的个数为1-3，所述碳原子数为1～20的烷基链或重复结构单元为-CH₂CH₂O-的乙二醚链的末端均为氨基或羧基；

所述式V中，M选自Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Sn²⁺、Al³⁺和Cl^-中的任意一种，

上述本发明提供的所述肽核酸纳米异质结，所述肽核酸纳米异质结的直径为2-5纳米，优选3纳米，长度为1-10纳米，优选3-6纳米。

本发明提供的制备式I所述PNA为-CONH-Tn-CONH₂的肽核酸纳米异质结的方法，包括如下步骤：