[发明专利]一种核酸纳米结构及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种核酸纳米结构及其制备方法和应用，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。所述核酸纳米结构稳定性好，可以锚定两个80nm的金三棱柱，制备得到的金蝴蝶结结构可以产生强烈的电磁场，实现了单分子拉曼检测。

技术领域

本发明属于DNA纳米技术领域，涉及一种核酸纳米结构及其制备方法和应用。

背景技术

在光照作用下，贵金属纳米结构表面的电子吸收光子能量，发生局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)，产生一种强烈的电磁场。LSPR光谱峰值处的波长和场强取决于贵金属纳米结构的形状、尺寸、几何排列和理化性质。研究表明，结构合理的贵金属纳米材料之间可以产生强烈的电磁场，这一性质在光学领域具有巨大的应用潜力，目前已应用于光学镊子、单分子荧光检测、表面增强拉曼散射和非线性光学等方面。

在众多的金属纳米结构中，金蝴蝶结结构尤为特殊，其由两个金棱柱以棱角对棱角的方式排列在一起，棱柱间的距离通常在10nm以下，这种特殊的排列方式导致在棱柱间的局限空间内可以产生强烈的电磁场增强，有利于实现单分子拉曼检测。

目前，利用金蝴蝶结结构实现单分子拉曼检测主要存在以下挑战：首先，金棱柱之间的距离需要10nm，制备金蝴蝶结结构的电子束曝光法(electron beam lithography,EBL)过程繁琐，成本较高，很难实现小于10nm的分辨率，并且制备的结构光学性质较差；其次，由于拉曼探针分子具有较小的散射面积，拉曼信号需要通过电磁场进行增强，然而目前缺乏一种有效的方法将拉曼探针分子固定在电磁场内；最后，缺乏一种有效的方法将分子固定在电磁场内而不受其他拉曼探针分子的影响。

近年来，DNA折纸技术利用其形状的可编程性和结构位点的可寻址修饰性，为金蝴蝶结结构的组装提供了一种简单有效的方法，分辨率可达2nm。但是，该方法也存在明显的缺陷，受到环状噬菌体单链长度和固定的碱基序列的影响，DNA折纸结构的尺寸、功能和复杂程度受到了明显的限制，组装的贵金属纳米结构稳定性较差，产生的电磁场强度较弱。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种核酸纳米结构及其制备方法和应用，本发明利用传统的三角形折纸结构组装一个边长为120nm的六边形核酸纳米结构，并利用该六边形核酸纳米结构锚定两个80nm的金三棱柱，在两金三棱柱之间精确固定一个拉曼探针分子，以实现单分子拉曼检测。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种核酸纳米结构，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。

所述核酸纳米结构为六边形DNA纳米结构，其结构的稳定性与空间的可寻址修饰性增加了组装的等离子体纳米结构的复杂性，组装的等离子体纳米结构尺寸更大、数量更多、形状更多样，缩小了贵金属纳米结构之间的距离，使得贵金属纳米结构间的距离小于10nm，在贵金属纳米结构间的局限空间内产生了强烈的电磁场增强，有利于实现单分子拉曼检测。

优选地，所述核酸纳米结构的边长为100-150nm，例如可以是100nm、110nm、130nm、140nm或150nm，优选为120nm。

本发明中，核酸纳米结构的各边长长度相等，制备的正六边形DNA纳米结构稳定性好，可以作为载体锚定尺寸大、数量多、形状多样的贵金属纳米结构。