專利名稱：一種基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的具有旋光特征的金納米棒自組裝材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于PCR的金納米棒自組裝，具有等離子旋光特征的新型材料制備方法。屬于納米材料和光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)與其他技術(shù)不斷交互發(fā)展，研究各種納米材料及組裝性質(zhì)及應(yīng)用是當(dāng)今納米技術(shù)發(fā)展的重大方向和科學(xué)問題，各種新型科學(xué)問題與現(xiàn)象的提出都非常突出的表現(xiàn)出納米材料本身特有的優(yōu)越性質(zhì)，其中研究納米材料自身的小體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)所表現(xiàn)出的宏觀聚集效應(yīng)相關(guān)特性成為當(dāng)前一個重要的前沿領(lǐng)域之一，而納米粒子的可控組裝為此提供了有效的手段。金納米棒，由于其特殊的物理性質(zhì)，各向異性的等離子共振本質(zhì)，在生物傳感器、材料學(xué)及生物醫(yī) 學(xué)等領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。金納米棒的組裝所表現(xiàn)出的性質(zhì)，特別是特殊光學(xué)性質(zhì)，是近年來納米光學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，利用DNA互補(bǔ)雜交進(jìn)行金納米棒的組裝，具有強(qiáng)組裝特異性和可控性，而利用PCR過程進(jìn)行金納米棒的可控組裝具有簡單，高效等特點，是傳統(tǒng)的DNA擴(kuò)增技術(shù)和現(xiàn)代納米技術(shù)的完美結(jié)合，因此同時也是一種新型的組裝策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于PCR反應(yīng)的，可編程、高效的進(jìn)行金納米棒組裝的簡便，可控的新型方法，制備出一種具有等離子旋光特征的新型光學(xué)材料。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于聚合酶鏈反應(yīng)的金納米棒的手性組裝方法，具有等離子共振耦合性質(zhì)，并且表現(xiàn)出最大吸收波長強(qiáng)度和位置動態(tài)變化特征，包括，金納米棒的制備，金納米棒的引物定向修飾，PCR可控組裝，PCR產(chǎn)物的表征；(I)金納米棒的制備金納米棒的制備是利用金種子生長法，金種子的合成將2. 5mL的O. 0005M的氯金酸HAuCl4溶于2. 5mL的O. 2M的十六烷基三甲基溴化銨CTAB中，混合均勻，將O. 3mL新配置、預(yù)冷的O. OlM的硼氫化鈉溶液快速加到上述溶液中，并強(qiáng)力混合2min，然后室溫25°C放置2h，得金種子；金納米棒的生長，生長溶液的配置將O. 15mL、0. 004M的AgNO3, 5mL、0. OOlM的HAuCl4溶液加到5mL、0. 2M的CTAB中，然后加入70 μ L的O. 0788Μ的Vc,充分還原2min,加入12 μ L上述配置的金種子，充分?jǐn)嚢?0s后，于25°C靜置，待用；( 2 )金納米棒的引物定向修飾先進(jìn)行端面巰基化合物修飾，該巰基化合物選用巰基乙酸，巰基乙醇或二硫酥糖醇，目標(biāo)是進(jìn)行端面封閉，第二步進(jìn)行引物的側(cè)面修飾，是可控組裝的前提；合成的金納米棒,濃度測定為O. 262nM,進(jìn)行10000r/min離心IOmin,離心沉淀物用O. 005M的CTAB溶液重懸，將修飾物二硫酥糖醇DTT與濃縮后的金納米棒以摩爾比5 I的比例，室溫靜置，修飾反應(yīng)lOh，目的對金納米棒的端面封閉修飾；上述端面修飾的金納米棒離心兩次，每次7000r/min離心IOmin,重懸于等體積的O. 005M的CTAB溶液中；該離心處理的金納米棒分別分散于兩個PCR管中，分別與PCR中的上游引物和下游引物分別以引物金納米棒摩爾比400 I的比例，進(jìn)行金納米棒的側(cè)面修飾，室溫靜置，修飾反應(yīng)10h，修飾完的金納米棒離心兩次，每次7000r/min離心lOmin，重懸于等體積的O. 005M的CTAB溶液中，最終得到金棒-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可控組裝該組裝過程具有動態(tài)旋光和吸收性質(zhì)，設(shè)置不同的循環(huán)數(shù)，隨著循環(huán)數(shù)的增加，組
裝體吸收性波長藍(lán)光波段移動，相應(yīng)地園二色譜也表現(xiàn)出藍(lán)移特性，并且園二色譜圖表現(xiàn)出特征的“S，，形曲線，這些性質(zhì)是PCR可控組裝的一個重要特征；PCR過程以λ DNA為模板，模板中擴(kuò)增堿基序列是5 ’ -TGGCTGACCCTGATGAGTTCGTGTCCGTAC AACTGGCGTA ATCATGGCCC-3’，采用制得的金棒-上游引物及金棒-下游引物進(jìn)行 PCR ；PCR反應(yīng)體系dNTPslmL，0. 5個單位的Taq DNA聚合酶，λ DNA模板質(zhì)粒O. 5mL，反應(yīng)緩沖液5mL，分別取金棒-上游引物和金棒-下游引物各4mL，加滅菌水至總體積為50mL ；擴(kuò)增程序為94°C預(yù)變性3min ;94°C變性30s，60°C退火30s，72°C延伸lmin，設(shè)置循環(huán)次數(shù)為2-15次，(擴(kuò)增時間為0,4,10，20，30min) ;72°C再延伸IOmin ; 10°C保存，得PCR產(chǎn)物；(4) PCR產(chǎn)物的表征金納米棒的PCR組裝產(chǎn)物，進(jìn)行園二色譜⑶，紫外光譜和投射電鏡的表征；對PCR產(chǎn)物進(jìn)行光學(xué)特征表征，波長設(shè)置為200nm-1000nm ；(5)手性二聚體園二色譜的計算該組裝體金納米棒之間是非平行的，即存在角度，這也是該組裝體存在手性的本質(zhì)，有角度的組裝體等離子共振表現(xiàn)為不同金納米棒的激發(fā)偶極距相互偶合，產(chǎn)生對光的旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生手性；金納米棒的二聚體間距利用三維重建電鏡結(jié)果進(jìn)行表征，距離為17.2nm;同時進(jìn)行手性理論計算設(shè)置該距離為理論計算的二聚體間距，利用理論計算，設(shè)置二聚體角度2度-20度，按照計算和實驗的出峰波長符合度，得到二聚體角度和實驗最佳符合結(jié)果為-9. 5度；金納米棒材料設(shè)置通過定義其介電常數(shù)實部和虛部，得到該材料的光譜特性；計算用金納米棒長徑比來自于實驗用金納米棒，長徑比為2. 9 ；(6)左右旋對映體比例的計算首先計算摩爾園二色譜ε，利用計算公式(I)進(jìn)行計算，其中，c和I分別是金納米棒二聚體的濃度和比色皿的光程，金納米棒二聚體的濃度可以利用公式(2)計算，從原始金納米棒濃度和金納米棒二聚體的產(chǎn)率得到，同時c和I可作為一個參數(shù)m進(jìn)行后續(xù)計算，見公式(3);然后，Λ ε通過公式(4)計算，其中ερ和ε η分別是摩爾元色譜中正峰和負(fù)峰的最大測定值，△ ε同時可以從園二色譜計算圖譜中進(jìn)行計算，綜合公式(I)- (4)，得到最終計算公式(5);左右旋對映體(+)和(_)的相對比率k(+)/(_)通過公式(6)計算得到；左右旋對映體的比例n U(+)，η㈠)通過公式(7)- (8)計算，得到比例分別為η(+)=59.1%，n (-)=40. 9% ;公式見下
權(quán)利要求
1.一種基于聚合酶鏈反應(yīng)的金納米棒的手性組裝方法，其特征在于具有等離子共振耦合性質(zhì)，并且表現(xiàn)出最大吸收波長強(qiáng)度和位置動態(tài)變化特征，包括，金納米棒的制備，金納米棒的引物定向修飾，PCR可控組裝，PCR產(chǎn)物的表征； (1)金納米棒的制備 金納米棒的制備是利用金種子生長法，金種子的合成將2. 5mL的O. 0005M的氯金酸HAuCl4溶于2. 5mL的O. 2M的十六烷基三甲基溴化銨CTAB中，混合均勻，將O. 3mL新配置、預(yù)冷的O. OlM的硼氫化鈉溶液快速加到上述溶液中，并強(qiáng)力混合2min，然后室溫25°C放置..2h，得金種子； 金納米棒的生長，生長溶液的配置將O. 15mL、0. 004M的AgNO3, 5mL、0. OOlM的HAuCl4溶液加到5mL、0. 2M的CTAB中，然后加入70 μ L的O. 0788Μ的Vc,充分還原2min,加入12 μ L上述配置的金種子，充分?jǐn)嚢?0s后，于25°C靜置，待用； (2 )金納米棒的引物定向修飾 先進(jìn)行端面巰基化合物修飾，該巰基化合物選用巰基乙酸，巰基乙醇或二硫酥糖醇，目標(biāo)是進(jìn)行端面封閉，第二步進(jìn)行引物的側(cè)面修飾，是可控組裝的前提； 合成的金納米棒，濃度測定為O. 262nM,進(jìn)行10000r/min離心IOmin,離心沉淀物用.O.005M的CTAB溶液重懸，將修飾物二硫酥糖醇DTT與濃縮后的金納米棒以物質(zhì)的量摩爾比5 : I的比例，室溫靜置，修飾反應(yīng)10h，目的對金納米棒的端面封閉修飾；上述端面修飾的金納米棒離心兩次，每次7000r/min離心IOmin,重懸于等體積的0. 005M的CTAB溶液中；該離心處理的金納米棒分別分散于兩個PCR管中，分別與PCR中的上游引物及下游引物分別以引物金納米棒摩爾比400 I的比例，進(jìn)行金納米棒的側(cè)面修飾，室溫靜置，修飾反應(yīng)10h，修飾完的金納米棒離心兩次，每次7000r/min離心lOmin，重懸于等體積的0. 005M的CTAB溶液中，最終得到金棒-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可控組裝 該組裝過程具有動態(tài)旋光和吸收性質(zhì)，設(shè)置不同的循環(huán)數(shù)，隨著循環(huán)數(shù)的增加，組裝體吸收性波長藍(lán)光波段移動，相應(yīng)地園二色譜也表現(xiàn)出藍(lán)移特性，并且園二色譜圖表現(xiàn)出特征的“S，，形曲線，這些性質(zhì)是PCR可控組裝的一個重要特征； PCR過程以λ DNA為模板，模板中擴(kuò)增堿基序列是5’ -TGGCTGACCCTGATGAGTTCGTGTCCGTAC AACTGGCGTA ATCATGGCCC-3’，采用制得的金棒-上游引物及金棒-下游引物進(jìn)行 PCR ； PCR反應(yīng)體系dNTPslmL，0. 5個單位的Taq DNA聚合酶，λ DNA模板質(zhì)粒0. 5mL,反應(yīng)緩沖液5mL,分別取金棒-上游引物和金棒-下游引物各4mL,加滅菌水至總體積為50mL ;擴(kuò)增程序為94°C預(yù)變性3min ;94°C變性30s，60°C退火30s，72°C延伸lmin，設(shè)置循環(huán)次數(shù)為.2-15次，；72°C再延伸IOmin ;10°C保存，得PCR產(chǎn)物； (4)PCR產(chǎn)物的表征 金納米棒的PCR組裝產(chǎn)物，進(jìn)行園二色譜⑶，紫外光譜和投射電鏡的表征；對PCR產(chǎn)物進(jìn)行光學(xué)特征表征，波長設(shè)置為200nm-1000nm ； (5)手性二聚體園二色譜的計算該組裝體金納米棒之間是非平行的，即存在角度，這也是該組裝體存在手性的本質(zhì)，有角度的組裝體等離子共振表現(xiàn)為不同金納米棒的激發(fā)偶極距相互偶合，產(chǎn)生對光的旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生手性； 金納米棒的二聚體間距利用三維重建電鏡結(jié)果進(jìn)行表征，距離為17. 2nm;同時進(jìn)行手性理論計算設(shè)置該距離為理論計算的二聚體間距，利用理論計算，設(shè)置二聚體角度2度-20度，按照計算和實驗的出峰波長符合度，得到二聚體角度和實驗最佳符合結(jié)果為-9. 5度；金納米棒材料設(shè)置通過定義其介電常數(shù)實部和虛部，得到該材料的光譜特性；計算用金納米棒長徑比來自于實驗用金納米棒，長徑比為2.9 ; (6)左右旋對映體比例的計算 首先計算摩爾園二色譜ε，利用計算公式(I)進(jìn)行計算，其中，c和I分別是金納米棒二聚體的濃度和比色皿的光程，金納米棒二聚體的濃度可以利用公式(2)計算，從原始金納米棒濃度和金納米棒二聚體的產(chǎn)率得到，同時c和I可作為一個參數(shù)m進(jìn)行后續(xù)計算，見公式(3);然后，Λ ε通過公式(4)計算，其中ερ和ε η分別是摩爾元色譜中正峰和負(fù)峰的最大測定值，Λ ε同時可以從園二色譜計算圖譜中進(jìn)行計算，綜合公式(I)- (4)，得到最終計算公式(5);左右旋對映體(+)和(_)的相對比率k(+)/(_)通過公式(6)計算得到；左右旋對映體的比例n U(+)，η㈠)通過公式(7)- (8)計算，得到比例分別為η(+)=59.1%，η (_)=40· 9%;公式見下
全文摘要
一種基于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的具有旋光特征的金納米棒自組裝材料制備方法，屬于納米材料和光學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明的主要實施步驟為(1)金納米棒的制備；(2)金納米棒分別與上游引物及下游引物的定向修飾，進(jìn)行PCR的定向擴(kuò)增；(3)對PCR產(chǎn)物進(jìn)行光學(xué)和結(jié)構(gòu)表征?；诰酆厦告湻磻?yīng)的金納米棒的手性組裝材料為具有等離子共振耦合性質(zhì)，并且表現(xiàn)出最大吸收波長強(qiáng)度和位置動態(tài)變化特征。本發(fā)明利用DNA互補(bǔ)雜交進(jìn)行金納米棒的組裝，具有強(qiáng)組裝特異性和可控性，而利用PCR過程進(jìn)行金納米棒的可控組裝具有簡單，高效等特點，是傳統(tǒng)的DNA擴(kuò)增技術(shù)和現(xiàn)代納米技術(shù)的完美結(jié)合，因此同時也是一種新型的組裝策略。
文檔編號B22F9/24GK102886528SQ201210397409
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者胥傳來, 馬偉, 匡華, 徐麗廣, 朱穎越, 趙媛, 劉麗強(qiáng) 申請人:江南大學(xué)