[发明专利]一种基于聚合酶链式反应的具有旋光特征的金纳米棒自组装材料制备方法

摘要

一种基于聚合酶链式反应的具有旋光特征的金纳米棒自组装材料制备方法，属于纳米材料和光学领域。本发明的主要实施步骤为：（1）金纳米棒的制备；（2）金纳米棒分别与上游引物及下游引物的定向修饰，进行PCR的定向扩增；（3）对PCR产物进行光学和结构表征。基于聚合酶链反应的金纳米棒的手性组装材料为具有等离子共振耦合性质，并且表现出最大吸收波长强度和位置动态变化特征。本发明利用DNA互补杂交进行金纳米棒的组装，具有强组装特异性和可控性，而利用PCR过程进行金纳米棒的可控组装具有简单，高效等特点，是传统的DNA扩增技术和现代纳米技术的完美结合，因此同时也是一种新型的组装策略。

主权项

一种基于聚合酶链反应的金纳米棒的手性组装方法，其特征在于具有等离子共振耦合性质，并且表现出最大吸收波长强度和位置动态变化特征，包括，金纳米棒的制备，金纳米棒的引物定向修饰，PCR可控组装，PCR产物的表征；（1）金纳米棒的制备金纳米棒的制备是利用金种子生长法，金种子的合成：将2.5mL的0.0005M的氯金酸HAuCl4溶于2.5mL的0.2M的十六烷基三甲基溴化铵CTAB中，混合均匀，将0.3mL新配置、预冷的0.01M的硼氢化钠溶液快速加到上述溶液中，并强力混合2min，然后室温25℃放置2h，得金种子；金纳米棒的生长，生长溶液的配置：将0.15mL、0.004M的AgNO3，5mL、0.001M的HAuCl4溶液加到5mL、0.2M的CTAB中，然后加入70μL的0.0788M的Vc，充分还原2min，加入12μL上述配置的金种子，充分搅拌20s后，于25℃静置，待用；（2）金纳米棒的引物定向修饰先进行端面巯基化合物修饰，该巯基化合物选用巯基乙酸，巯基乙醇或二硫酥糖醇，目标是进行端面封闭，第二步进行引物的侧面修饰，是可控组装的前提；合成的金纳米棒，浓度测定为0.262nM，进行10000r/min离心10min，离心沉淀物用0.005M的CTAB溶液重悬，将修饰物二硫酥糖醇DTT与浓缩后的金纳米棒以物质的量摩尔比5︰1的比例，室温静置，修饰反应10h，目的对金纳米棒的端面封闭修饰；上述端面修饰的金纳米棒离心两次，每次7000r/min离心10min，重悬于等体积的0.005M的CTAB溶液中；该离心处理的金纳米棒分别分散于两个PCR管中，分别与PCR中的上游引物及下游引物分别以引物︰金纳米棒摩尔比400︰1的比例，进行金纳米棒的侧面修饰，室温静置，修饰反应10h，修饰完的金纳米棒离心两次，每次7000r/min离心10min，重悬于等体积的0.005M的CTAB溶液中，最终得到金棒‑上游引物和金棒‑下游引物；其中上游引物：5’‑SH‑TGGCTGACCCTGATGAGTTCG‑3’，下游引物：5’‑SH‑GGGCCATGATTACGCCAGTT‑3’；（3）PCR可控组装该组装过程具有动态旋光和吸收性质，设置不同的循环数，随着循环数的增加，组装体吸收性波长蓝光波段移动，相应地园二色谱也表现出蓝移特性，并且园二色谱图表现出特征的“S”形曲线，这些性质是PCR可控组装的一个重要特征；PCR过程以λDNA为模板，模板中扩增碱基序列是5’‑TGGCTGACCC TGATGAGTTC GTGTCCGTAC AACTGGCGTA ATCATGGCCC‑3’，采用制得的金棒‑上游引物及金棒‑下游引物进行PCR；PCR反应体系：dNTPs1mL，0.5个单位的Taq DNA聚合酶，λDNA模板质粒0.5mL，反应缓冲液5mL，分别取金棒‑上游引物和金棒‑下游引物各4mL，加灭菌水至总体积为50mL；扩增程序为：94℃预变性3min；94℃变性30s，60℃退火30s，72℃延伸1min，设置循环次数为2‑15次，；72℃再延伸10min；10℃保存，得PCR产物；（4）PCR产物的表征金纳米棒的PCR组装产物，进行园二色谱CD，紫外光谱和投射电镜的表征；对PCR产物进行光学特征表征，波长设置为200nm‑1000nm；（5）手性二聚体园二色谱的计算该组装体金纳米棒之间是非平行的，即存在角度，这也是该组装体存在手性的本质，有角度的组装体等离子共振表现为不同金纳米棒的激发偶极距相互偶合，产生对光的旋转从而产生手性；金纳米棒的二聚体间距利用三维重建电镜结果进行表征，距离为17.2nm；同时进行手性理论计算：设置该距离为理论计算的二聚体间距，利用理论计算，设置二聚体角度2度‑20度，按照计算和实验的出峰波长符合度，得到二聚体角度和实验最佳符合结果为‑9.5度；金纳米棒材料设置通过定义其介电常数实部和虚部，得到该材料的光谱特性；计算用金纳米棒长径比来自于实验用金纳米棒，长径比为2.9；（6）左右旋对映体比例的计算首先计算摩尔园二色谱ε，利用计算公式（1）进行计算，其中，c和l分别是金纳米棒二聚体的浓度和比色皿的光程，金纳米棒二聚体的浓度可以利用公式（2）计算，从原始金纳米棒浓度和金纳米棒二聚体的产率得到，同时c和l可作为一个参数m进行后续计算，见公式（3）；然后，Δε通过公式（4）计算，其中：εp和εn分别是摩尔元色谱中正峰和负峰的最大测定值，Δε同时可以从园二色谱计算图谱中进行计算，综合公式（1）‑（4），得到最终计算公式（5）；左右旋对映体(+)和(‑)的相对比率k(+)/(‑)通过公式（6）计算得到；左右旋对映体的比例η(η(+)，η(‑))通过公式（7）‑（8）计算，得到比例分别为：η(+)=59.1%，η(‑)=40.9%；公式见下： ϵ = CD 32.98 · c · l - - - ( 1 ) , c = c NRs · y 2 - - - ( 2 ) , m=c·l    (3)，    Δε=|εp‑εn|    (4)， Δϵ = | C p - C n 32.98 · m | - - - ( 5 ) , κ ( - ) / ( + ) = Δϵ Exp Δϵ Sim - - - ( 6 ) , η ( + ) = 1 - κ ( - ) / ( + ) 2 - - - ( 7 ) , η ( - ) = 1 + κ ( - ) / ( + ) 2 - - - ( 8 ) .