用于多組分功能化納米微粒系統(tǒng)的生物可設(shè)計(jì)結(jié)晶的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了多組分功能化納米微粒系統(tǒng)的生物可設(shè)計(jì)結(jié)晶，也提出了用于這樣的生物可設(shè)計(jì)結(jié)晶的方法，以及由這種方法產(chǎn)生的產(chǎn)物。具體而言，在此公開和教導(dǎo)的系統(tǒng)針對(duì)多組分功能化的納米微粒形成三維有序超晶格的DNA介導(dǎo)的自組裝的改進(jìn)策略，其中，具有DNA的納米微粒的功能化不依賴于納米微粒的材料組成或形狀。
【專利說明】用于多組分功能化納米微粒系統(tǒng)的生物可設(shè)計(jì)結(jié)晶的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年4月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/475，172號(hào)的35U.s.C.119(e)規(guī)定的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
[0003]政府許可權(quán)利聲明
[0004]本發(fā)明在政府支持下獲得美國(guó)能源部的幫助并完成，合同號(hào)為 DE-AC02-98CH10886。政府具有本發(fā)明的一定的權(quán)力。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明公開及教導(dǎo)的內(nèi)容大體上涉及DNA介導(dǎo)的微粒組裝領(lǐng)域，并且，更具體地， 涉及使多組分功能化的納米微粒形成三維(3D)有序超晶格的DNA介導(dǎo)的自組裝。
【背景技術(shù)】
[0006]相對(duì)于其他應(yīng)用，在感應(yīng)、納米器件組裝和基因傳遞方面的新興納米微粒應(yīng)用需 要能夠控制和調(diào)節(jié)基于DNA的納米系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為的能力?；贒NA的方法利用DNA封 端的納米材料之間的可調(diào)節(jié)和可設(shè)計(jì)的雜交。這種方法實(shí)現(xiàn)了基于組裝的納米微粒的光學(xué) 和物理性質(zhì)的敏感檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展以及基于它們的新的熔融/分解性質(zhì)的檢測(cè)。
[0007]在1996年，莫金(Mirkin)和阿利維沙多(Alivisatos)團(tuán)隊(duì)發(fā)表了硫醇化脫 氧核糖核酸(DNA)寡聚核苷酸可以連接至金納米微粒表面以引導(dǎo)更大的聚集體形成 (Mirkin, C.A., et al., Nature, 1996.382 (6592):p.607-609 ;Alivisatos, A.P., el al., Na ture, 1996.382(6592):p.609-611，將上述文章的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)。自此之后， 在利用DNA的鎖鑰特性實(shí)現(xiàn)金納米微粒的有序排列方面做出了許多努力。僅在最近，數(shù)個(gè) 課題組獨(dú)立地展示了成功的金納米微粒的DNA引導(dǎo)的三維結(jié)晶(Nykypanchuk, D.，et al, Nature, 2008.451 (7178):p.549-552;Park, S.Y., et al., Nature, 2008.451 (7178):p.553-556 ；Xiong, H.M., D.Van der Lelie, and 0.Gang, physical Review Letters, 2009.102(1 ):p.015504-(1-4);以及 Macfarlane, R.J.，et al., Angewandte Chemie-1nternational Edition, 2010.49(27):p.4589-4592,上述文章的全部?jī)?nèi)容均結(jié)合于此作為參考)。在這些 研究中，發(fā)現(xiàn)可以通過控制DNA序列的類型、數(shù)目和長(zhǎng)度形成具有可調(diào)節(jié)晶格參數(shù)的面心 立方(FCC)或體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)。對(duì)于金納米微粒結(jié)晶而言，DNA的長(zhǎng)度、剛性和數(shù)目被 證明為關(guān)鍵參數(shù)。
[0008]在最近十年間，由于它們的重要性和在磁記錄介質(zhì)、催化劑、太陽能電池和生物醫(yī) 學(xué)等領(lǐng)域的廣泛的應(yīng)用潛力，功能性納米材料成為熱點(diǎn)研究課題。對(duì)于構(gòu)建具有新型磁性 能、等離子體性能、光子性能和催化性能的先進(jìn)的超材料而言，特別關(guān)心多組分納米微粒組 裝成為三維有序的超結(jié)構(gòu)的能力。在許多組裝技術(shù)中，由于DNA的合成的可設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度以 及識(shí)別特性，DNA介導(dǎo)的納米微粒組裝已經(jīng)成為具有多種優(yōu)勢(shì)的強(qiáng)大的且通用的方案。
[0009]然而，直到現(xiàn)在，DNA功能化物質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)中的組裝主要局限于金納米微粒。主 要原因在于金納米微?？梢栽诤铣晒に嚻陂g通過以硫醇化DNA簡(jiǎn)單地取代弱表面活性劑(例如，檸檬酸鹽或溴化十六烷基三甲胺(CTAB )等)容易地被致密DNA殼包覆。對(duì)于具有不同 于金或金材料(具有更復(fù)雜的形態(tài))的不同組分的納米微粒的合成而言，由于通常與這些納 米微粒一起使用的表面活性劑牢固地結(jié)合到表面，使得其非常難以去除，所以功能化是非 常困難的。以具有復(fù)雜形狀的金納米微粒為例，諸如氯化十六烷基吡啶(CPC)作為表面活性 劑的金菱形十二面體和正八面體，由于DNA-CPC的低交換效率，以硫醇化DNA直接取代CPC 將導(dǎo)致金微粒的聚集。在這種情況下，幸運(yùn)的是，由于CPC不是強(qiáng)表面活性劑，可以首先應(yīng) 用高CTAB濃度以部分替換CPC，然后以硫醇化DNA取代CTAB (Jones, M.R.，et al.，Nature Materials, 2010.9(11):p.913-917，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)。
[0010]然而，對(duì)于以更強(qiáng)的配體合成的或以長(zhǎng)鏈聚合物作為表面活性劑的金多面體而 言，如聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，表面活性劑非常難以取 代，因此至今都沒有關(guān)于其使用DNA功能化并在可設(shè)計(jì)組裝中應(yīng)用的報(bào)道。對(duì)于不同于 金的材料而言，諸如以PVP合成的鈀納米微粒，由于DNA滲透較難和更弱的硫醇-鈀親和 力，因此直接的硫醇化DNA功能化是不可能的。作為這些功能化問題的結(jié)果，用于DNA引 導(dǎo)的有序的納米微粒組裝與結(jié)晶的組分僅限于金。此外，盡管一些近期的報(bào)告顯示可以將 微粒組分?jǐn)U展至其他無機(jī)材料，諸如銀(Lee, J.S., et al., Nano Letters, 2007.7 (7):p.2 112-2115;Pal, S., et al., Chemical Communications, 2009(40):p.6059-6061,上述文章 的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)、量子點(diǎn)(Mays M.M., et al., Chemical Communications, 2
010.46(33):p.6111-6113，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)、二氧化硅(Hilliard, L.R.，et al.,Analytica Chimica Acta, 2002.470(1):p.51-56,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)和 鐵氧化物(Cutler, J.1., et al, Nano Letters, 2010.10 (4):p.1477-1480; Lee, C.ff., et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006.304(1):p.E412-E414,上述文 章的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)，但是目前沒有利用由生物化合物(包括核酸，優(yōu)選DNA及 蛋白質(zhì))功能化提供的可設(shè)計(jì)組裝的理論將這些材料結(jié)合到三維(3D)有序結(jié)構(gòu)中的報(bào)道。
[0011]對(duì)于用于催化和其他高級(jí)應(yīng)用的多數(shù)類型的微粒而言，在它們的合成過程中，高 親和力的配體或長(zhǎng)鏈聚合物的表面封端是不可避免的。這使得DNA難以取代或滲透配體 殼，并且因此，功能化成為挑戰(zhàn)。此外，強(qiáng)配體的應(yīng)用不僅限于具有不同于金的組分的納米 微粒，例如量子點(diǎn)(QD) (Murray, C.B.，et al., Journal of the American Chemical Socie ty,1993.115 (19):p.8706-8715;Dabbousi, B.0., et al., Journal of Physical Chemistry
B,1997.101 (46):p.9463-9475，上述文章的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)或鈀(Lim，B.，et al., Advanced Functional Materials, 2009.19(2):p.189-200,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為 參考)，而且也應(yīng)用于合成并保護(hù)用于金(Sun, Y.G.and Y.N.Xia, Science, 2002.298(5601):p.2176-2179，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)的非球形微粒的形狀。
[0012]總而言之，對(duì)于多相納米微粒組裝的DNA介導(dǎo)的組裝的充分開發(fā)仍具有許多挑 戰(zhàn)。DNA功能化的納米物質(zhì)主要局限于金納米微粒。在本領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)下，諸如被PVP包 覆的鈀納米微粒，或者被PVP或TODA包覆的金納米微粒的被高親和力配體或聚合物包覆的 材料不能進(jìn)一步以生物分子功能化。成功地用于DNA引導(dǎo)的結(jié)晶的納米物質(zhì)的范圍僅限于 金納米微粒。盡管有一些不同于金(諸如銀、量子點(diǎn)、硅和鐵的氧化物)的DNA功能化納米微 粒的有限的報(bào)道，但是這些納米微粒并未被開發(fā)作為隨后用于3D人造材料的可設(shè)計(jì)組裝 的納米微粒結(jié)構(gòu)單元。迄今為止，DNA介導(dǎo)的納米微粒-納米微粒組裝的結(jié)構(gòu)僅限于體心立方(BCC)和面心立方(FCC)結(jié)構(gòu)，其包括新型結(jié)構(gòu)相關(guān)的性能及其高級(jí)應(yīng)用。此外，與使 用生物素化DNA相比，將硫醇化DNA用于金納米微粒功能化的成本非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明描述了用于使多組分功能化的納米微粒形成三維(3D)有序超晶格的DNA 介導(dǎo)的自組裝的總體策略。普遍適用策略允許結(jié)合在納米微粒表面上的高親和力配體的去 除，以及可允許隨后使用生物基團(tuán)功能化(主要用于親水納米微粒)的其他配體的取代，或 提供允許使用生物基團(tuán)(主要用于疏水納米微粒)進(jìn)一步功能化的額外的配體層，這可以防 止不可逆的及不受控制的納米微粒的聚集，并保持它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)。然后，這種 納米微?？梢詰?yīng)用于各種可設(shè)計(jì)組裝策略。
[0014]本發(fā)明也展示了如何以DNA功能化納米微粒(不依賴于納米微粒的材料組成或形 狀)的普遍適用策略。普遍適用策略包括三個(gè)步驟，即，羧基接枝，鏈霉親和素(STV)結(jié)合， 和生物素化DNA連接，在第一個(gè)步驟中，納米微粒采用具有羧基的配體以取代原始的高親 和力配體或提供額外的具有羧基官能團(tuán)的配體。具體的可以使用諸如巰基十一烷酸的短巰 基酸配體及諸如脂質(zhì)PEG羧酸的兩親性聚合物。
[0015]隨后的兩個(gè)步驟依賴于1-乙基-3-[3- 二甲氨基丙基]-碳二亞胺鹽酸鹽(EDC) 助劑以及高特異性且強(qiáng)的STV-生物素結(jié)合。這種DNA功能化策略非常通用，且可以應(yīng)用于 廣泛的功能化納米微粒。在EDC輔助的鏈霉親和素(STV)結(jié)合中，通過配體的羧基(COOH) 基團(tuán)和鏈霉親和素(STV)表面的豐富的氨基(NH2)基團(tuán)之間的反應(yīng)，結(jié)合鏈霉親和素可以共 價(jià)地結(jié)合到微粒表面。最后，由于生物素和STV之間的特異結(jié)合，生物素化DNA連接至微粒 表面上的STV。這種策略成功地展示了使用磁性材料(Fe2O3)、等離子體材料(Au )、光子材料 (量子點(diǎn))、催化材料(Pd)、蛋白質(zhì)(諸如STV)以及它們的組合組裝有序的超結(jié)構(gòu)。也展示了 這些有序的結(jié)構(gòu)具有豐富的相，這些相到現(xiàn)在為止也不能通過納米材料組裝方法領(lǐng)域的現(xiàn) 狀獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面的附圖形成本說明書的一部分且用于進(jìn)一步說明本發(fā)明的某些方面。結(jié)合本 文的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，參照一個(gè)或多個(gè)附圖可以更好地理解本發(fā)明。
[0017]圖1A示出了 Pd納米正八面體(NO)的SEM和TEM圖像。
[0018]圖1B示出了 Pd納米立方體(NC)的SEM和TEM圖像。
[0019]圖1C示出了 Pd納米十二面體(ND)的SEM和TEM圖像。
[0020]圖2A示出了邊緣尺寸為6±0.5nm的Pd NC的TEM圖像。
[0021]圖2B是邊緣尺寸為10±0.8nm的Pd NC的TEM圖像。
[0022]圖2C是邊緣尺寸為12 ±0.9nm的Pd NC的TEM圖像。
[0023]圖2D示出了邊緣尺寸為23±2.6nm的Pd NC的TEM圖像。
[0024]圖2E示出了邊緣尺寸為15±1.3nm的Pd NO的TEM圖像。
[0025]圖3是用于二元納米微?；蚣{米微粒與蛋白質(zhì)實(shí)體的直接雜交的組裝系統(tǒng)的示 意圖。
[0026]圖4A是直徑為6.2 ± Inm的硫醇化DNA封端的Au納米微粒的TEM圖像。[0027]圖4B是直徑為8.8 ± 1.7nm的硫醇化DNA封端的Au納米微粒的TEM圖像。
[0028]圖4C是直徑為12.5 ± 1.8nm的硫醇化DNA封端的Au納米微粒的TEM圖像。
[0029]圖4D是直徑為14.7±2nm的硫醇化DNA封端的Au納米微粒的TEM圖像。
[0030]圖4E是直徑為16.6± 1.5nm的鏈霉親和素(STV)封端的Au納米微粒的TEM圖像。
[0031]圖5A示出了 Sys_AA918的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0032]圖5B示出了 Sys-AA93Q的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0033]圖5C示出了 Sys-AA95Q的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0034]圖示出了 Sys-AA98Q的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0035]圖5E示出了 Sys-AA65Q的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0036]圖5F示出了 Sys-AA125Q的2D SAXS圖案及其相應(yīng)的S (q)。
[0037]圖5G示出了 Sys-AA155Q的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0038]圖5H示出了在710°C下熔融的Sys-AA95(I的2D SAXS圖案，以及分別對(duì)應(yīng)于熔融 和組裝的Sys-AA95(I的散射強(qiáng)度的灰色和黑色的ID曲線。
[0039]圖51示出了 Sys-AA95Q的熔融曲線的擬合。
[0040]圖5J示出了熔融Sys-A155Q的2D SAXS圖案及其擬合。
[0041]圖6A示出了 Cu3Au結(jié)構(gòu)(左)的示例性示意圖以及在原子數(shù)比例(AR)為17的雙 原子系統(tǒng)中利用Powder cell的這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S(q)。
[0042]圖6B示出了 AR為5的Cu3Au結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S (q)。
[0043]圖6C示出了 NaTl結(jié)構(gòu)(左)的示意圖及AR為17的這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S(q)。
[0044]圖6D示出了 AR為5的NaTl結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S (q)。
[0045]圖6E示出了 AR為2的NaTl結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S (q)。
[0046]圖6F示出了 AR為1.5的NaTl結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S(q)。
[0047]圖7A示出了 Sys-POA的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0048]圖7B示出了 Sys-PCA的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0049]圖7C示出了 Sys-PDA18的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0050]圖7D示出了 Sys-PDA3tl的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0051]圖7E示出了 Sys-PDA5tl的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0052]圖7F示出了 Sys-PDA8tl的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0053]圖7G示出了沒有連接子的Pd ND和Au的系統(tǒng)的2D SAXS圖案和相應(yīng)的Ip (q)。
[0054]圖7H示出了 Sys-PDA5tl的2D SAXS圖案和在710°C下的相應(yīng)的S(q)(黑色曲線)， 以及在冷卻之后的相應(yīng)的S (q)(灰色曲線)。
[0055]圖8A示出了 Q705的TEM圖像，其中QD具有細(xì)長(zhǎng)的形狀，以及圖像中的QD的長(zhǎng)軸 長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的尺寸分布柱狀圖。
[0056]圖8B示出了 Q705的Ip (q)，擬合，以及尺寸分布。
[0057]圖8C示出了 Q605的Ip (q)，擬合，以及尺寸分布。
[0058]圖8D示出了 Q525的Ip (q)，擬合，以及尺寸分布。
[0059]圖9A 示出了 Sys_Q7An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0060]圖9B 示出了 Sys_Q7An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=18。
[0061]圖9C 示出了 Sys_Q7An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。[0062]圖9D 示出了 Sys_Q7An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。
[0063]圖9E 示出了 Sys_Q7An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=80。
[0064]圖9F示出了沒有連接子的Q705和Au的系統(tǒng)的2D SAXS圖案和相應(yīng)的Ip (q)。
[0065]圖10示出了未進(jìn)行預(yù)退火的Sys-Q7A3Q的溫度依賴的相行為。
[0066]圖1lA示出了 QD:Au:生物素-DNA的摩爾比為1:1:10的Sys-Q7A3Q的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0067]圖1lB 示出了 QD:Au:生物素-DNA 的摩爾比為 1:1:120 的 Sys-Q7A3(I 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0068]圖1lC示出了 QD =Au:生物素-DNA的摩爾比為1:2:80的Sys-Q7A3(I的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0069]圖1lD示出了 QD:Au:生物素-DNA的摩爾比為2:1:40的Sys-Q7A3Q的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0070]圖1lE 示出了 QD =Au:生物素-DNA 的摩爾比為 10:1:20 的 Sys-Q7A3(I 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0071]圖1lF示出了 La2O3結(jié)構(gòu)的示意圖以及在原子數(shù)目比例如圖中標(biāo)出的雙原子系統(tǒng) 中的使用Powder cell的這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S(q)
[0072]圖12A 示出了 Sys_QA6n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0073]圖12B 示出了 Sys_QA6n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0074]圖12C 示出了 Sys_QA6n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。
[0075]圖12D 示出了 Sys_QA6n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=80。
[0076]圖12E 示出了 Sys-QA5n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0077]圖12F 示出了 Sys_QA5n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0078]圖12G 示出了 Sys_QA5n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。
[0079]圖12H 示出了 Sys_QA5n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=80。
[0080]圖13A 示出了 260°C時(shí) Sys_Q7A163(l 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)。
[0081]圖13B 示出了 530。。時(shí) Sys-Q7A1630 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)。
[0082]圖13C示出了熔融系統(tǒng)在710°C時(shí)的2D SAXS圖案、Ip (q)和擬合。
[0083]圖14A示出了 Sys_Q7A的光致發(fā)光。
[0084]圖14B示出了通過SAXS獲得的相對(duì)于QD和Au之間的表面至表面距離的Sys_Q7A 的淬滅效率的圖。實(shí)線為使用指數(shù)衰減模型作出的擬合。
[0085]圖15A示出了鐵氧化物Fe2O3 (也稱為IO或FeO)納米微粒的TEM圖像。
[0086]圖15B示出了 IO納米微粒的SAXS Ip (q)及其擬合，其表示IO納米微粒具有直徑 為10.2±0.7nm的球形外形。
[0087]圖16A 示出了 Sys-1An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0088]圖16B 示出了 Sys-1An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0089]圖16C 示出了 Sys-1An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。
[0090]圖16D 示出了 Sys-1An 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=80。
[0091]圖16E示出了 STV-1O和無生物素DNA的Au微粒的混合物的2DSAXS圖案及相應(yīng) 的 S (q)。[0092]圖16F示出了 STV-1O和無Au微粒的生物素DNA的混合物的2DSAXS圖案。
[0093]圖17A示出了 Sys-1A3tl的作為溫度的函數(shù)的S (q)。
[0094]圖17B示出了 Sys-1A5tl的作為溫度的函數(shù)的S (q)。
[0095]圖18A示出了 IO =Au:生物素-DNA的摩爾比為1:1:7的Sys-1A3tl的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0096]圖18B示出了 IO =Au:生物素-DNA的摩爾比為1:1:60的Sys-1A3tl的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0097]圖18C示出了 IO =Au:生物素-DNA的摩爾比為1:5:75的Sys-1A3tl的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0098]圖18D示出了 IO =Au:生物素-DNA的摩爾比為5:1:75的Sys-1A3tl的2D SAXS圖 案及相應(yīng)的S (q)。
[0099]圖19示出了用于二元納米微粒或納米微粒與蛋白質(zhì)實(shí)體的連接子輔助雜交的組 裝系統(tǒng)的不意圖。
[0100]圖20A 示出了 Sys-1ALn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=0。
[0101]圖20B 示出了 Sys-1ALn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0102]圖20C 示出了 Sys-1ALn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=70。
[0103]圖20D 示出了 Sys-1ALn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=170。
[0104]圖21A示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 CsCl的計(jì)算的S(q)。
[0105]圖21B示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 a -ReO3的計(jì)算的S (q)。
[0106]圖21C示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 AuCu3的計(jì)算的S(q)。
[0107]圖21D示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 La2O3的計(jì)算的S(q)。
[0108]圖21E示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 NaTl的計(jì)算的S(q)。
[0109]圖21F示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 NaCl的計(jì)算的S(q)。
[0110]圖21G示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 ZnS的計(jì)算的S(q)。
[0111]圖21H示出了在原子數(shù)目比例(AR)為2.6的雙原子系統(tǒng)中使用Powder Cell的 CaF2的計(jì)算的S(q)。
[0112]圖22A示出了 Sys-1A3tl的磁場(chǎng)依賴的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0113]圖22B示出了 Sys-1AL13tl的磁場(chǎng)依賴的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S (q)。
[0114]圖23A 示出了 Sys-SAn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0115]圖23B 示出了 Sys-SAn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=18。
[0116]圖23C 示出了 Sys-SAn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0117]圖23D 示出了 Sys-SAn 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。[0118]圖24A 示出了 Sys-Q77n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S(q)，n=3。
[0119]圖24B 示出了 Sys-Q77n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=15。
[0120]圖24C 示出了 Sys-Q77n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0121]圖24D 示出了 Sys-Q75n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=3。
[0122]圖24E 示出了 Sys-Q75n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=30。
[0123]圖24F 示出了 Sys-Q75n 的 2D SAXS 圖案及相應(yīng)的 S (q)，n=50。
[0124]圖25A示出了包括對(duì)照系統(tǒng)(無生物-DNA的Q7與Q7的混合物)的Sys_Q77n的光致發(fā)光，n=18、30和50的系統(tǒng)。
[0125]圖25B示出了相對(duì)于Q7和Q7之間的表面至表面距離的Sys_Q77的增強(qiáng)因子(EF)。
[0126]圖25C示出了包括對(duì)照系統(tǒng)(無生物素-DNA的Q7與Q5的混合物)的Sys_Q75n的光致發(fā)光，n=18、30和50的系統(tǒng)。
[0127]圖2?示出了相對(duì)于Q7和Q5之間的表面至表面距離的Sys_Q75的增強(qiáng)到淬滅因子(EQF)。
[0128]圖26示出了在不同溫度下的Sys-QPD3tl的2D SAXS圖案及相應(yīng)的S(q)。
[0129]圖27示出了 Sys-QPD的光致發(fā)光。
[0130]圖28是用于親水和疏水納米微粒(f表示納米微粒上的接枝DNA的數(shù)目)的DNA功能化的三步方案的示意圖。
[0131]圖29是生物素化DNA拴接的包覆有PVP的鈀納米立方(NC)、八面體(NO)和十二面體(ND)的示意圖和SEM圖像。
[0132]圖30是起初通過油酸封端的生物素化DNA接枝的IO納米微粒的示意圖、TEM圖像(插圖為HRTEM)及磁滯回線。
[0133]圖31是生物素化DNA連接的CdSe/ZnS QD(QD525，表示為Q5，以及QD605，表示為Q6)和CdFe/ZnS QD (QD705，表示為Q7)的示意圖、TEM圖像(插圖為HRTEM)及光致發(fā)光光譜，TEM圖像用于Q7。
[0134]圖32是起初由檸檬酸鹽封端的生物素化DNA功能化的Au納米微粒的示意圖、TEM(用于IOnm Au納米微粒)和紫外-可見光譜，包括10、15和20nm。
[0135]圖33A示出了從具有短鏈DNA的直接雜交(DH)系統(tǒng)的SAXS圖案提取的形狀依賴結(jié)構(gòu)因子(S(q))的圖。
[0136]圖33B在頂部示出了 ND-Au DH系統(tǒng)的Au納米微粒的尺寸依賴S (q)演變，包括與15nm 及 20nm Au 雜交的 Pd。
[0137]圖33C示出了納米微粒形狀對(duì)由某種形狀的和球形的NP組裝的二元系統(tǒng)的相關(guān)長(zhǎng)度(ξ )的影響。
[0138]圖33D是示出了如圖所示的ND-1Onm Au系統(tǒng)的最相鄰的微粒表面至表面距離(Dss)的圖。
[0139]圖34Α示出了從Fe2O3 (在圖中表示為FeO)和Au納米微粒的DH系統(tǒng)的SAXS圖案中提取的形狀依賴結(jié)構(gòu)因子(S(q))的圖。(I):非特異相互作用引發(fā)的Fe2O3聚集的S(q)。
(2):通過拴接與IO表面上的DNA直接互補(bǔ)的DNA將Au納米微粒引入Sys-FeO，而實(shí)現(xiàn)從單組分Phase-F至DNA引導(dǎo)的Au-1O 二元超晶格的S(q)的DNA堿基數(shù)目(N)依賴的演變。
(3)由STV及具有較長(zhǎng)鏈和較短鏈DNA的Au納米微粒組裝的DH系統(tǒng)的S(q)。[0140]圖34B示出了通過引入Au納米微粒或升高溫度的Phase-F和Phase-D之間的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的3D示意圖。
[0141]圖34C示出了 Phase-F和Phase-D的組裝動(dòng)力學(xué)。插圖為Phase-D的2D示意圖。
[0142]圖34D是IO-Au直接雜交系統(tǒng)的Dss以及從基于將Dss值作為N的函數(shù)的幾何因素計(jì)算的α的圖。插圖示出了 Au-1O超晶格中的Dss和α的定義。
[0143]圖34Ε示出了在磁場(chǎng)(上部)中的SAXS測(cè)量的實(shí)驗(yàn)配置及IO-Au直接雜交系統(tǒng)的S(q)磁響應(yīng)(下部)。
[0144]圖35A是示出了 QD-Au納米微粒的DH系統(tǒng)的組分依賴S(q)演變的圖。
[0145]圖35B示出了 Q7-AU系統(tǒng)的DNA間距長(zhǎng)度依賴的S (q)演變(上部)和包括柔性和剛性DNA區(qū)域的良序Q7-AU系統(tǒng)的S (q)(底部)。
[0146]圖35C是示出了成分有序參數(shù)(η )和相關(guān)長(zhǎng)度(ξ )隨著DH Q7_Au系統(tǒng)的DNA堿基數(shù)目(N)變化的圖。插圖示出了隨著形成在二元Au和QD系統(tǒng)中的CsCl晶格中的η從I至O變化的成分有序至無序地轉(zhuǎn)變。
[0147]圖35D是QD-Au DH系統(tǒng)的Dss的圖。
[0148]圖35Ε是從Q7-AU直接雜交系統(tǒng)收集的穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨的PL光譜的圖。
[0149]圖35F示出了通過DNA指導(dǎo)的由Q7和Q5形成的CsCl晶格的簡(jiǎn)圖。圖35F也示出了在自由分散狀態(tài)和超晶格Q7_Q53_3中的供體(Q5)和受體(Q7)的壽命的圖。
[0150]圖36A是多相二元?IOnm納米微粒系統(tǒng)的相圖。
[0151]圖36B是示出了多相二元系統(tǒng)的可預(yù)計(jì)的微粒間的中心至中心距離(Dcc)的實(shí)例(N=30，DH系統(tǒng))的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0152]根據(jù)本發(fā)明的各方面， 申請(qǐng)人:開發(fā)了用于功能化納米微粒的多組分DNA介導(dǎo)的三維(3D)組裝的總體的方案。本發(fā)明展示了如何不依賴于納米微粒的材料組成或形狀以DNA功能化納米微粒的普遍適用的方案。本發(fā)明還展示了 DNA功能化納米微粒形成預(yù)定的多維和多組分物質(zhì)的可設(shè)計(jì)組裝，這些預(yù)定的多維和多組分物質(zhì)諸如(包括但不限于)磁性材料(Fe2O3和其他磁性材料)、等離子體材料(Au和其他金屬)、光子材料(量子點(diǎn)，QD)和催化材料(Pd、Pt和其他)以及蛋白質(zhì)(諸如STV)結(jié)構(gòu)。本文描述了用于多組分功能化納米微粒形成三維(3D)有序超晶格的DNA介導(dǎo)的自組裝的總體策略。本文也描述了納米微粒(包括本領(lǐng)域已知的納米微粒組裝的新相)的DNA介導(dǎo)的多相組裝的示例性實(shí)施例。
[0153](A) DNA 功能化
[0154]普遍適用的方案使與納米微粒表面結(jié)合的高親和力配體得以去除以及被其他配體取代從而實(shí)現(xiàn)與生物基團(tuán)(多數(shù)為親水的納米微粒)的隨后功能化，或提供額外的配體層以實(shí)現(xiàn)與生物基團(tuán)(多數(shù)為疏水的納米微粒)的進(jìn)一步功能化，額外的配體層可以防止納米微粒的不可逆和不受控制的聚集，而保護(hù)它們的獨(dú)特結(jié)構(gòu)及物理性質(zhì)。然后，這種納米微?？梢詰?yīng)用于各種可設(shè)計(jì)組裝方案中。
[0155]本文描述了用于功能化納米微粒的多組分DNA介導(dǎo)的3D組裝的總體方案。首先，將描述如何不依賴于納米微粒的材料組成或形狀以DNA功能化納米微粒的普遍適用的方案。對(duì)于DNA功能化而言，本文提供了用于合成具有均勻尺寸和形狀的非商業(yè)供應(yīng)的納米微粒的溫和的方法。在第二步中，原始的高親和力配體被取代或提供了具有羧酸官能團(tuán)的額外的配體。在第三步中，由于配體的羧基(COOH)和STV表面上豐富的伯胺(NH2)基團(tuán)之間的反應(yīng)，1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]-碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)助劑適用于將鏈霉親和素(streptavidin)共價(jià)結(jié)合到微粒表面上。最終，由于生物素與STV間的強(qiáng)且特異的親和力，生物素化DNA與微粒表面上的STV相連接。這種功能化的方案十分通用且穩(wěn)健。某些實(shí)例展示了如何以鐵氧化物(10;諸如磁性Fe203)、等離子體材料(Au)、光子材料(QD)、催化材料(Pd)、蛋白質(zhì)(STV)以及它們的組合組裝有序超結(jié)構(gòu)。也展示了這些有序結(jié)構(gòu)具有多種相，使用納米材料組裝方法的領(lǐng)域的現(xiàn)有狀態(tài)直到現(xiàn)在也不能獲得這些相。
[0156]本發(fā)明的方法提供了各種實(shí)例以示出本發(fā)明的用于納米微粒合成和隨后的DNA功能化的總體工藝。取決于用于合成的封端劑，納米微?？梢苑殖蓛深?，即，親水的和疏水的。對(duì)于親水的納米微粒而言，最初的步驟是首先以例如巰基烷酸的巰基酸(MA)取代原始的配體，隨后，使該巰基酸與STV結(jié)合，然后，最后使其與生物素化DNA連接。對(duì)于疏水納米微粒而言，最初的步驟是取代最初的配體或提供額外的配體。在一個(gè)實(shí)施例中，最初的步驟是使用諸如脂質(zhì)PEG羧酸的一個(gè)或多個(gè)兩親性聚合物處理納米微粒，接著是與STV結(jié)合以及與生物素化DNA連接。通用過程如圖28所示。
[0157]為展示關(guān)于親水納米微粒的這種方案的通用性，將具有不同形狀的鈀納米微粒作為實(shí)例。鈀納米微粒對(duì)于氫化催化是重要的。為展示關(guān)于疏水納米微粒的這種方案的通用性，將以油酸(OA)封端的鐵氧化物(10)和以三辛基膦(TOPO)封端的量子點(diǎn)(QD)的納米微粒作為實(shí)例。鐵氧化物是典型的磁性材料且QD可以用作高效發(fā)光納米晶體。
[0158](B)由多組分功能化納米微粒組裝3D有序結(jié)構(gòu)
[0159]以DNA成功編碼納米微粒后，由于DNA的特異相互作用，可以使DNA編碼的納米微?；蚣{米微粒與蛋白質(zhì)雜交以形成3D聚合體，而不受微粒的組成、尺寸或形狀的影響?？梢酝ㄟ^小心地控制微粒間吸引力和排斥能的相互影響獲得3D有序相，其可以以各種方式通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，諸如，通過控制DNA序列的長(zhǎng)度、DAN分子的數(shù)目和結(jié)構(gòu)以及DNA結(jié)構(gòu)雜交溫度。
[0160]圖3和圖19分別示出了用于二元納米微粒或納米微粒與蛋白質(zhì)的直接雜交(DH)和連接子雜交(LH)的組裝系統(tǒng)的示意圖。在DH組裝系統(tǒng)中，可以使用具有兩個(gè)功能部分的DNA對(duì)納米微粒進(jìn)行功能化。其中一個(gè)是非互補(bǔ)的且形成內(nèi)部間隔部分，內(nèi)部間隔部分設(shè)計(jì)為調(diào)整微粒間的相互排斥作用，且另一個(gè)為互補(bǔ)的，形成外部識(shí)別序列部分，且外部識(shí)別序列部提供用于納米微粒組裝的引力相互作用。微粒A (B)上的間隔部分可以設(shè)計(jì)為Xa(Xb)多T堿基且在圖3中表示為Xa_b (Xb-b)間隔。所有的堿基數(shù)(N)定義為XA+XB-b。可選地，在LH組裝系統(tǒng)中，納米微?？梢允褂镁哂袃蓚€(gè)功能部分的DNA功能化，但沒有一個(gè)是互補(bǔ)以提供用于納米微粒組裝的引力相互作用的。然而，當(dāng)外部間隔區(qū)域是彼此非互補(bǔ)的時(shí)，他們與單鏈DNA (ssDMA)連接子的相應(yīng)的堿基末端互補(bǔ)，單鏈DNA連接子具有將兩個(gè)末端分隔開的中央柔性部分(堿基數(shù)通過Ln-b表示)。在LH系統(tǒng)中，N定義為XA+XB+Ln-b。通常，與包含相似DNA長(zhǎng)度的LH系統(tǒng)相比，DH系統(tǒng)顯示出更快的組裝動(dòng)力學(xué)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，LH方案表現(xiàn)得更靈活，例如，微粒間距離的調(diào)節(jié)可以通過簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)連接子堿基數(shù)目實(shí)現(xiàn)而不用改變接枝DNA的類型。
[0161]下文中包括的實(shí)例用于展示本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在下面的實(shí)例中公開的技術(shù)代表發(fā)明人發(fā)明的技術(shù)，該技術(shù)在本發(fā)明的實(shí)踐中運(yùn)行良好，因此，可以認(rèn)為該技術(shù)構(gòu)成用于這種實(shí)踐的優(yōu)選模式。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明，可以在不違背本發(fā)明的范圍的情況下，在公開的特定實(shí)施例中作出多種改變并仍獲得相同或相似的結(jié)果。
[0162]實(shí)例
[0163]實(shí)例1:具有控制的形狀(八面體、立方體和十二面體)及尺寸的鈀納米微粒的合
[0164]通過改進(jìn)Lim et al.(2009)中描述的工藝，在水溶液中合成鈀(Pd)納米微粒。在最初報(bào)道的工藝中，僅獲得了具有立方體形狀的Pd納米微粒。本文中，通過改變KBr濃度或通過使用碘化鉀(KI)獲得了兩種新的形狀(八面體和十二面體)，這對(duì)于所報(bào)道的工藝是重要的修改。
[0165]諸如Na2PdCl4或K2PdCl4的水溶性無機(jī)Pd鹽用作鈀源。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(具有介于30000至100000的范圍內(nèi)的典型的分子量M.W.)用作還原劑和表面活性劑。諸如NaBr、KBr、NaI和KI的堿金屬溴化物或碘化物用作形狀控制劑。溴化物用于納米八面體(NO)、納米立方體(NC)和納米十二面體(ND)的合成，而碘化物用于十二面體的合成。在典型的合成工藝中，首先在標(biāo)準(zhǔn)回流系統(tǒng)中將Pd鹽和堿金屬鹵化物的混合物加熱至約80-100°C并保持該溫度約30分鐘。然后，將預(yù)加熱的PVP溶液注入混合物溶液中。允許反應(yīng)持續(xù)約3-5小時(shí)。對(duì)于Pd NO的合成而言，Pd鹽、溴化物和PVP在溫度約為80-90°C的條件下的摩爾比約為1:(3-30): (3-8)，而在溫度約為90-100°C的條件下的摩爾比約為1:(3-15): (3-8)。對(duì)于Pd NC的合成而言，Pd鹽、溴化物和PVP在溫度約為90_100°C的條件下的摩爾比約為1:(15-30): (3-8)。對(duì)于Pd ND的合成而言，如果在反應(yīng)中使用溴化物，則Pd鹽、溴化物和PVP在溫度約為80-100°C的條件下的摩爾比約為1:(30-60): (3-8)。通過將微量的碘化物加入到反應(yīng)中也可以獲得Pd ND。
[0166]Pd鹽對(duì)于溴化物、碘化物和PVP的摩爾比可以約為1:(3-60):(0.01-0.1):(3-8)且反應(yīng)溫度可以約為80-100°C。對(duì)于上述三種合成反應(yīng)而言，Pd鹽的濃度通常介于約10mmol/L至約30mmol/L的范圍內(nèi)。在反應(yīng)之后,通過離心收集納米微粒產(chǎn)物,然后,通過使用丙酮清洗一次且隨后使用乙醇或水清洗三次而純化納米微粒產(chǎn)物。可以將所獲得的納米微粒充分地分散在乙醇或水中。通過這種方法獲得的Pd納米微粒具有均勻的形狀，非期望的形狀不超過15%，且其也具有窄尺寸分布(< 10%)。通過Pd從鹽的形式轉(zhuǎn)化為納米微粒的形式計(jì)算得到，NO、NC和ND的納米微粒的產(chǎn)率分別約為70%、50%和40%。
[0167]通過調(diào)節(jié)諸如反應(yīng)物比例和濃度、溫度和反應(yīng)時(shí)間的合成參數(shù)，可以將NO、NC和ND的邊緣尺寸控制為介于約6至13納米的范圍內(nèi)。通常，較高的溫度、較低的鹵化物濃度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間將產(chǎn)生較大的納米微粒。圖1A、圖1B和圖1C分別示出了制備的Pd NO,NC和ND的掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)圖像。Pd NO,NC和ND的邊緣尺寸分別為8.6±0.8nm、10± Inm和9±0.9nm。圖1中所示的Pd納米微粒的合成參數(shù)如下:對(duì)NO 而言，[Na2PdCl4] =58mM，摩爾比 Na2PdCl4:KBr:PVP(M.W.?50000)=1:20: 5，溫度?80°C，且反應(yīng)時(shí)間為約3小時(shí)；對(duì)于NC而言，[Na2PdCl4] =58mM，摩爾比Na2PdCl4:KBr:PVP(M.W.?50000) =1:20:5，溫度?100°C，且反應(yīng)時(shí)間為約3小時(shí);對(duì)于ND而言，[Na2PdCl4] =58mM，摩爾比Na2PdCl4:KBr:PVP (M.W.?50000) =1:50: 5，溫度?100°C，且反應(yīng)時(shí)間為約3小時(shí)。[0168]為生長(zhǎng)較大的鈀(Pd)納米微粒，開發(fā)了晶種法，其中，小尺寸納米微粒用作晶種，Pd (O)減少并沉積在晶種的表面上。通常，使用此種方法可以可預(yù)計(jì)地產(chǎn)生具有良好形狀控制以及精確尺寸控制(甚至在納米級(jí)別)的Pd納米微粒。納米微粒的形狀主要取決于Pd鹽與溴化物或碘化物的比例，并且這種用于較大Pd NO,NC和ND合成的比例與前文所述的用于相應(yīng)納米微粒合成的比例基本相同。納米微粒的尺寸取決于晶種和Pd鹽的比例，并且Pd鹽的高比例將產(chǎn)生較大的納米微粒。例如，可以使用較小尺寸的NC作為晶種以生長(zhǎng)大尺寸的NO、NC和ND。圖2A示出了邊緣尺寸為6±0.5nm的Pd NC，其合成參數(shù)設(shè)定為[Na2PdCl4] =58mM，摩爾比 Na2PdCl4:PVP (M.W.~50000) =1:20: 5，溫度=100°C。使用這種NC作為晶種，可以獲得邊緣尺寸為10±0.8nm (圖2B)、12±0.9nm (圖2C)、23±2.6nm(圖2D)的較大的NC，以及邊緣尺寸為15± 1.3nm (圖2E)的較大的NO。
[0169]圖2 A至圖2E中示出的Pd納米微粒的合成參數(shù)如下:對(duì)于NC而言，生長(zhǎng)液為[Na2PdCl4] =ImM,摩爾比 Na2PdCl4:KBr:PVP (M.W.~50000) =1:20: 5，溫度=100°C，且反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)，且對(duì)于IOnm的NC，6nm NC晶種與Na2PdCl4的摩爾比為105，對(duì)于IOnm的NC，6nm NC晶種與Na2PdCl4的摩爾比為2.105，對(duì)于23nm的NC，6nm NC晶種與Na2PdCl4的摩爾比為2.106 ;對(duì)于NO而言，生長(zhǎng)液為[Na2PdCl4] =ImM,摩爾比Na2PdCl4:KBr:PVP (Μ.W.~50000)=1:10: 5，溫度=800C，且反應(yīng)時(shí)間為3小時(shí)，對(duì)于15nm的NO, 6nm NC晶種與Na2PdCl4的摩爾比為1.5.IO50
[0170]實(shí)例2:通過配體交換過程功能化具有巰基酸的Pd納米微粒。
[0171]Pd納米微粒(包括N0、NC和ND)表面上的PVP封端可以通過配體交換過程以巰基酸取代。烷烴的碳原子數(shù)可以介于約2至18之間，但對(duì)于穩(wěn)定納米微粒而言，較長(zhǎng)的碳鏈長(zhǎng)度可以更好。在MA中硫醇基的數(shù)目可以為一個(gè)、兩個(gè)或更多。典型的配體交換過程可以分三步進(jìn)行描述。首先，通過緩沖液將在水溶液中新鮮制備的PVP封端的Pd納米微粒的pH值調(diào)節(jié)為約6-9，緩沖液包括約0.01%至1% (體積)的表面活性劑。緩沖液可以是磷酸鹽緩沖液或硼酸鹽緩沖液等，并且PH值可以介于約6-9的范圍內(nèi)。表面活性劑可以是Tween(諸如Tween20)、Triton (諸如TritonlOO)或十二烷基硫酸鈉(SDS)等。乙醇中的巰基酸(MA)(例如11-巰基-1^一烷酸(MUA))與上述溶液混合。
[0172]取決于納米微粒的表面積，巰基酸的摩爾數(shù)可以是納米微粒摩爾數(shù)的約IO5至IO7倍，例如，對(duì)于邊緣尺寸為IOnm的Pd納米立方體而言，比例可以為約2.IO50在第二個(gè)步驟中，在簡(jiǎn)短的超聲處理約20分鐘至I小時(shí)后，將上述混合物在約50-90°C的溫度下孵育約3至12小時(shí)。最后，通過離心清洗循環(huán)工藝提純功能化的納米微粒，其中，微粒用乙醇清洗兩次并用具有表面活性劑的上述緩沖液清洗三次。這種功能化工藝產(chǎn)生良好地分散在緩沖液或水溶液中的MA封端的Pd納米微粒。這種功能化方法是強(qiáng)有力的(robust)且也可以應(yīng)用于除Pd外的親水材料以及除PVP外的其他表面活性劑。材料可以是金、銀或鉬等。最初的表面活性劑可以是非常廣泛的且它們的電荷可以各不相同，從負(fù)電荷(諸如檸檬酸鹽)、正電荷(諸如溴化十六烷基三甲銨(CTAB)、氯化十六烷基吡啶(CPC)、聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA))，到中性電荷(諸如普朗尼克P-123、羧甲基纖維素鈉(CMC))。
[0173]實(shí)例3:Pd納米微粒與STV的結(jié)合。
[0174]制備的MA封端的Pd納米微粒(或其他組分納米微粒)可以通過納米微粒上的羧基基團(tuán)(由配體提供的)與STV的伯胺基基團(tuán)之間形成的酰胺鍵與STV結(jié)合(通過1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]-碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)-輔助化學(xué))。典型地，在pH值為約6-8的緩沖液中的MA封端的Pd納米微粒首先與新鮮制備的EDC(約0.lmg/ml至lmg/ml)、N-羥基硫代琥珀酰亞胺(NHS，約0.lmg/ml至lmg/ml)及STV混合。STV的量可以為Pd納米微粒的量的約10至100倍?；旌衔镌试S在室溫下孵育約I至4小時(shí)或在4°C的條件下孵育約6至12小時(shí)。最后，通過離心清洗循環(huán)工藝收集納米微粒，其中，可以使用水或上文提到的包含表面活性劑的緩沖液清洗微粒三次。在純化之后，將納米微粒分散在包含表面活性劑的緩沖液中。
[0175]實(shí)例4:以牛物素化DNA功能化Pd納米微粒。
[0176]由于生物素與STV之間的強(qiáng)且特異的親和力，制備的STV封端的Pd納米微粒(或其他組分納米微粒)與生物素化DNA相連接。A上的識(shí)別部分的從5’至3’的DNA序列具有序列TAC TTC CAA TCC AAT [SEQ1]，且其與B上的從5’至3’的序列ATT GGA TTG GAAGTA[SEQ2]互補(bǔ)。系統(tǒng)命名為 Sys-ADa/EaXaBDb/EbXb，其中，下角標(biāo) DdPDb*EdPE1^^m*微粒A和B的直徑或發(fā)射波長(zhǎng)(對(duì)于QD )。
[0177]STV封端的納米微粒與生物素化DNA混合，生物素化DNA的量可以用于控制微粒表面上的DNA數(shù)目，然后使混合物在室溫下孵育數(shù)個(gè)小時(shí)。最后，通過離心清洗循環(huán)工藝收集納米微粒，其中，微粒可以用水或前文所述包含表面活性劑的緩沖液清洗三次。在純化之后，將納米微粒分散在包含表面活性劑的緩沖液中。
[0178]三個(gè)種類的Pd納米微粒具有均勻的形狀及尺寸，并且顯示出如圖29中所示的與約Ilnm球形微粒相對(duì)應(yīng)的相似的體積。附接DNA的數(shù)目(f)通常為15-25。
[0179]實(shí)例5:10和QD微粒的合成。
[0180]尺寸在約4nm至約16`nm范圍內(nèi)的鐵氧化物(10 ;例如Fe2O3)納米微粒的合成按照 Hyeon, T.等(Journal of the American Chemical Society, 2001.123(51):p:12798-12801;其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)發(fā)表的工藝進(jìn)行。發(fā)射波長(zhǎng)為400nm至780nm的量子點(diǎn)(QD) (quantum dot)的合成按照 Dabbousi (1997)和 Medintz, 1.L.等(NatureMaterials, 2005.4(6):p, 435-446;其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)發(fā)表的工藝進(jìn)行。
[0181]實(shí)例6 =以羧酸基團(tuán)功能化IO和QD。
[0182]第一種方法，分散在有機(jī)溶劑(諸如甲苯或三氯甲烷)中的氧化鐵(Fe2O3)納米微?；蛄孔狱c(diǎn)(QD)首先與乙醇或甲醇溶劑中的MA (通常為巰基丙酸(MPA))混合。然后，在簡(jiǎn)短的超聲處理約5至30分鐘后，將混合物加熱到50°C至70°C保持約4至12小時(shí)。最后，通過離心清洗循環(huán)工藝收集納米微粒，其中，可以用水或前文所述的包含表面活性劑的緩沖液清洗微粒三次。在純化之后，將微粒分散在包含表面活性劑的緩沖液中。這與Kang，S.H.等(Applied Physics Letters, 2008.93(19):p.191116-lto_3,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)發(fā)表的用于QD的工藝相似。
[0183]第二種方法，分散在有機(jī)溶劑(諸如甲苯或三氯甲烷)中的Fe2O3或QD首先與具有與納米微粒上的配體相互作用的疏水鏈和用于進(jìn)一步功能化的羧酸基團(tuán)的兩親性聚合物(諸如順丁烯二酸酐與1-十四碳烯的聚合物或脂質(zhì)PEG羧酸)混合。然后，將混合物在室溫下孵育約2-4小時(shí)。在完成有機(jī)溶劑的蒸發(fā)后，通過離心清洗循環(huán)工藝純化固體剩余物，其中，用水或PH為約7至9的緩沖液(諸如硼酸鹽、TBE)清洗微粒三次。在純化之后，將納米微粒分散在水或緩沖液中。Pellegrino, T.等(Nano Letters, 2004.4(4):p.703-707,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)報(bào)道了類似的工藝。
[0184]實(shí)例7:與STV和牛物素化DNA結(jié)合。
[0185]這兩個(gè)步驟幾乎與前文所述的用于Pd納米微粒的步驟相同。盡管STV被用于功能化Fe203(Lee2006 和 Shen, T.T.等，Bioconjugate Chemistry, 1996.7 (3):p.311-316,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)和 QD(Glazer, A.N., Bioconjugate techniques-Hermanson, GT.Nature, 1996.381(6580):p.290-290,其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)，然而生成物納米微粒未經(jīng)歷3D結(jié)晶。
[0186]使用上述工藝，如圖30所示，合成具有超順磁特性的油酸(OA)封端的均勻的(直徑為IOnm)球形Fe2O3納米微粒。如圖31所示，也使用上述工藝合成三辛基氧膦(TOPO)封端的疏水的可商業(yè)購(gòu)買的QD,其在525nm(核殼CdSe/ZnS)、605nm(核殼CdSe/ZnS)和705nm(核殼CdTe/ZnS)處具有三個(gè)不同的發(fā)射峰(λπι)。所有的微粒顯示出輕微細(xì)長(zhǎng)形狀且硬核微粒尺寸為約2?3nm、4?6nm和6?7nm。如圖32所示，也使用密集的硫醇DNA合成三個(gè)不同尺寸(?10、15和20nm)的朽1檬酸鹽封端的Au納米微粒。在16.8-nm Au、QD和10-nmIO上附接的DNA的數(shù)目(f)分別為約20 (45?60，對(duì)于IOnm Au)、約20-40和3_8。
[0187]實(shí)例8:微粒纟目裝。
[0188]對(duì)于微粒組裝，在室溫條件下，將微粒A和B以確定的比例混合在pH=7.1且具有0.14M NaCl的IOmM磷酸緩沖液中。取決于微粒的濃度，微粒在數(shù)分鐘至數(shù)天內(nèi)組裝成聚集體。隨后，沉淀物分成兩部分，一部分用于熔融溫度測(cè)量，另一部分轉(zhuǎn)移至毛細(xì)管內(nèi)用于結(jié)構(gòu)測(cè)量。使用紫外-可見光譜測(cè)定熔融溫度，在納米微粒的主要吸收峰處監(jiān)測(cè)吸光度的改變。通過同步小角X射線散射(SAXS)分析組裝的結(jié)構(gòu)，SAXS在國(guó)家同步輻射光源X-9A光束線下實(shí)施。如果沒有特別說明，在SAXS測(cè)量之前，毛細(xì)管中的樣品在低于其熔融溫度幾度(約I至5度)的情況下退火十分鐘至數(shù)小時(shí)，并且然后在數(shù)小時(shí)內(nèi)緩慢冷卻至室溫。
[0189]對(duì)于SAXS數(shù)據(jù)分析，通過MAR CXD區(qū)域檢測(cè)器收集散射數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為ID散射強(qiáng)度vs.波向量轉(zhuǎn)移，其中λ和Θ分別是入射X射線的波長(zhǎng)和散射角。通過Ia(q)/Ip(q)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)因數(shù)S (q)，其中Ia(q)和Ip (q)分別為通過對(duì)組裝系統(tǒng)和未聚集微粒的CXD圖像進(jìn)行角平均而提取的背景校正的ID散射強(qiáng)度。通過應(yīng)用至洛倫茲方程確定S(q)中的峰位置。
[0190]為了分析組裝的結(jié)構(gòu)，首先將從結(jié)構(gòu)因數(shù)和相關(guān)峰值強(qiáng)度得到的峰位置比(QxA1)用于提出可能的結(jié)構(gòu)模型，然后，將這種提出的模型與第一峰位置(ql)比較以計(jì)算組裝中最近的相鄰微粒中心至中心間距離(DaM),最后，通過比較DrcM和從設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)空間中計(jì)算的距離DrcC獲得最可能的模型。
[0191]實(shí)例9:Au與具有不同尺寸的Au。
[0192]將硫醇化DNA封端的Au納米微粒(TA)(可以在Nykpanchuk2008and Park2008的報(bào)告中找到功能化方法)和生物素化DNA封端的Au納米微粒(SA)(與Pd納米微粒的功能化方法類似)用作微粒模型以描述由具有不同尺寸的Au納米微粒和表面化學(xué)試劑組成的雜交系統(tǒng)的相行為。圖4A、圖4B、圖4C和圖4D示出了四種具有相應(yīng)的直徑(其中相應(yīng)的直徑為6.2±lnm、8.8±1.7nm、12.5±1.8nm、和 14.7±2nm)的 TA 的 TEM 圖像，每一個(gè)均用于與具有直徑為16.6± 1.5nm (圖4E)的DNA-生物素-STV封端的Au (SA)雜交。對(duì)于9_nm TAu與16.8-nm SAu的雜交系統(tǒng)而言，使用四種內(nèi)部間隔設(shè)置(Xa_Xb)，S卩，15_3、15_15、35_35和65-65，并且系統(tǒng)命名為Sys-AA9n，且η分別為18、30、50和80。對(duì)于16.8nm SA與6_nm、12.5-nm和15_nm TA的雜交系統(tǒng)，所有的內(nèi)部間隔設(shè)置(Xa-Xb)均指定為35-35，且系統(tǒng)相應(yīng)地稱為 Sys-AA65Q、Sys-AA1250 和 Sys_AA155。。
[0193] 圖5A、圖 5B、圖 5C、圖 5D、圖 5E、圖 5F 和圖 5G 分別示出了 Sys_AA918、Sys_AA93。、Sys-AA95Q、Sys-AA98(l、Sys-AA65(l、Sys-AA125(l 和 Sys_AA155(l 的 2D SAXS 圖案和相應(yīng)的 S (q)。此處，S(q)=Ia(q)/Ip(q);熔融系統(tǒng)用于Ip (q)。有趣的是，Sys_AA9和Sys_AA6 (包括具有大尺寸差的微粒)的第一峰與第二峰相比具有較弱的強(qiáng)度；而對(duì)于Sys-AA12和Sys-AA15，其第一峰總是最強(qiáng)的峰，這與報(bào)道的單一組分系統(tǒng)的結(jié)果相同(Nykypanchuk2008andPark2008)。通過擬合來自熔融系統(tǒng)的ID散射曲線，可以獲得系統(tǒng)中微粒的尺寸分布。
[0194]圖5H示出了熔融Sys-AA95Q的2D SAXS圖案，以及分別與熔融和組裝的Sys-AA95(I的積分散射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的灰色和黑色的ID曲線。使用Irena2宏指令程序包的熔融曲線(圖51)的擬合給出了具有約9nm和約16nm直徑的兩種微粒尺寸的分布，其證實(shí)了系統(tǒng)由兩種不同尺寸的納米微粒組裝而成。圖5J示出了熔融Sys-AA155(I的2D SAXS圖案以及熔融曲線的擬合，其指出了由于這個(gè)系統(tǒng)中兩種微粒的相似尺寸導(dǎo)致的單一尺寸分布。
[0195]為分析組裝結(jié)構(gòu)，首先考慮Sys_AA12和Sys_AA15，其中，QxAi1 ^ 1: V 3: V 7且這一比例與體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。BCC結(jié)構(gòu)期望用于具有相似尺寸的兩種類型的Au納米微粒的雜交系統(tǒng)，且結(jié)果與Nykypanchuk2008和Park2008的報(bào)道一致。對(duì)于Sys_AA9n和Sys-AA65(I，全部系統(tǒng)具有相似的結(jié)構(gòu)且Sys-AA95(I用來分析它們的結(jié)構(gòu)。在Sys-AA95(I中，Q5ZQ1=I = L 71:3.0:4.1:4.95:6.0 ;有趣的是，Qx/Q2=l: 1.75:2.19:2.89:3.5?？紤]到這兩個(gè)比例,這種結(jié)構(gòu)與一種類型的面心立方(FCC)相似，從這種FCC的衍射平面(111)、(220)、(400)、(422)、(531)得到的 QxAl1=1: 1.63:2.31:2.83:3.41，同時(shí)也出現(xiàn)第一消光峰(100)。
[0196]提出了用于系統(tǒng)的與Cu3Au或NaTl的結(jié)晶組織類似的兩種可能的結(jié)構(gòu)模型。Cu3Au
相對(duì)應(yīng)于具有群號(hào)221的Pmlm空間群,且Cu位于3c位點(diǎn),Au位于Ia位點(diǎn)(參見圖6A
中的示意圖)。NaTl相對(duì)應(yīng)于具有群號(hào)227的.Fd I m空間群，且Na位于8a位點(diǎn)，Tl位于
8b位點(diǎn)(參見圖6C中的示意圖)。然后計(jì)算所使用的Au微粒的散射能力(Is)。Is可以通過下式粗略地計(jì)算:
[0197]IsAuEa / IsAu—Rb-[(o eAu O ebuffer) ^^Au Ea-l / [ ( O eAu ^ ebuffer^ 木VaU—Rb]，
[0198]以及
[0199]oe=p*Z/Mw，
[0200]其中，σ e為微粒的電子密度，P為材料密度，Z為材料原子或分子的電子，以及Mw為材料原子或分子的質(zhì)量。IsAu_16/IsAu_6和IsAu_16/IsAu_9分別計(jì)算得到295和31。
[0201]然后,我們使用原子系統(tǒng)以利用軟件PowderCell計(jì)算S (q)，其中，使用包含原子數(shù)目比為17 (~V 295，類似Sys-AA6)和5 (~V 31，類似Sys_AA9)的兩個(gè)原子的Cu3Au和NaTl結(jié)構(gòu)。使用相同的晶格參數(shù)以計(jì)算S(q)。圖6A和圖6B示出了 Cu3Au結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S (q)，其分別對(duì)應(yīng)于原子數(shù)目比(AR) 17和5 (位于Ia位點(diǎn)的重原子)。圖6C和圖6D相應(yīng)地對(duì)應(yīng)于AR為17和5 (位于8a位點(diǎn)的重原子)的NaTl結(jié)構(gòu)的計(jì)算的S(q)。NaTl良好地符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)在Na和Tl位點(diǎn)上的微粒相同時(shí)，NaTl結(jié)構(gòu)退化(degenerate)為BCC結(jié)構(gòu)。圖6E和圖6F示出了分別對(duì)應(yīng)于Sys-AA12和Sys_AA15的AR為2和1.5的計(jì)算的S(q)。計(jì)算的結(jié)果表明隨著微粒尺寸差的減小，S(q)轉(zhuǎn)變成BCC結(jié)構(gòu)。因此，結(jié)果顯示無論尺寸差為多少，所有的這些系統(tǒng)實(shí)際上均為NaTl結(jié)構(gòu)。最近報(bào)道了用于Au納米微粒和蛋白質(zhì)微粒(QP噬菌體衣殼)的組裝系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)，其中兩種微粒具有相同的尺寸(Cigler, P.等.,Nature Material, 3010.9 (11):ρ.918-922，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)。
[0202]通過提出的NaTl結(jié)構(gòu)，使用Q1可以計(jì)算組裝中的DCCM。對(duì)于SyS-AA918、SyS-AA93(l、SyS-AA950、SyS-AA980、SyS_AA650、SyS-AA12 和 SyS_AA15，Q1 相應(yīng)地為 0.0177,0.0168、0.0144,0.0114,0.0141,0.0216 和
【權(quán)利要求】
1.一種DNA納米微粒結(jié)合體，包括:功能化的納米微粒；與所述功能化的納米微粒共價(jià)連接的蛋白質(zhì)；以及與所述蛋白質(zhì)連接的生物素化DNA。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述功能化的納米微粒為親水納米微粒或疏水納米微粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述蛋白質(zhì)為鏈霉親和素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述鏈霉親和素和所述功能化的納米微粒之間的共價(jià)鍵為酰胺鍵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述納米微粒以巰基酸配體功能化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述巰基酸配體為巰基十一酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述納米微粒以兩親性聚合物功能化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述兩親性聚合物為脂質(zhì)PEG羧酸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述功能化的納米微粒包括磁性材料、等離子體材料、光子材料、催化材料和生物材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述磁性材料為Fe203。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述光子材料為量子點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述量子點(diǎn)選自CdSe/ZnS或 CdTe/ZnS。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DNA納米微粒結(jié)合體,其中,所述催化材料選自Pd或Pt。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述等離子體材料選自Au。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述功能化的納米微粒為蛋白質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述功能化的納米微粒具有八面體、立方體或十二面體的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，一定數(shù)目的DNA與所述納米微粒連接，所述數(shù)目至少為3。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，一定數(shù)目的DNA與所述納米微粒連接，所述數(shù)目介于3和60的范圍內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的DNA納米微粒結(jié)合體，其中，一定長(zhǎng)度的DNA與所述納米微粒連接，所述長(zhǎng)度介于30和180個(gè)核苷酸堿基的范圍內(nèi)。
20.—種三維(3D)有序超晶格，包括:通過直接雜交或連接子介導(dǎo)的雜交組裝為一個(gè)或多個(gè)超晶格的多個(gè)DNA納米微粒結(jié)合體，其中，所述DNA納米微粒結(jié)合體包括:功能化的納米微粒；與所述功能化的納米微粒共價(jià)連接的蛋白質(zhì)；以及與所述蛋白質(zhì)連接的生物素化DNA。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，互補(bǔ)DNA之間的雜交的堿基的數(shù)目為15。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述功能化的納米微粒為親水納米微?；蚴杷{米微粒。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述蛋白質(zhì)為鏈霉親和素。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述鏈霉親和素與所述功能化的納米微粒之間的共價(jià)鍵為酰胺鍵。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述納米微粒以巰基酸配體功能化。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，巰基酸配體為巰基十一酸。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述納米微粒以兩親性聚合物功能化。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述兩親性聚合物為脂質(zhì)PEG羧酸。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述功能化的納米微粒包括磁性材料、等離子體材料、光子材料、催化材料和生物材料。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述磁性材料為Fe2O3，所述光子材料為選自CdSe/ZnS或CdTe/ZnS的量子點(diǎn)，所述催化材料選自Pd或Pt，所述等離子體材料選自Au,以及所述納米微粒為蛋白質(zhì)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述納米微粒具有八面體、立方體或十二面體的形狀。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的三`維(3D)有序超晶格，其中，所述超晶格內(nèi)的至少一個(gè)納米微粒的材料與同一個(gè)所述超晶格內(nèi)的至少另一個(gè)納米微粒的材料不同。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述超晶格內(nèi)的至少一個(gè)納米微粒為鈀(Pd)，且所述超晶格內(nèi)的至少另一個(gè)納米微粒為金(Au)。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述超晶格內(nèi)的至少一個(gè)納米微粒為氧化鐵(Fe2O3),且所述超晶格內(nèi)的至少另一個(gè)納米微粒為金(Au)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的三維(3D)有序超晶格，其中，所述超晶格內(nèi)的至少一個(gè)納米微粒為CdSe/ZnS或CdTe/ZnS量子點(diǎn)，且所述超晶格內(nèi)的至少另一個(gè)納米微粒為金(Au)。
36.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，一定數(shù)目的DNA與所述納米微粒連接，且所述數(shù)目介于3和60的范圍內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求20所述的三維(3D)有序超晶格，其中，一定長(zhǎng)度的DNA與所述納米微粒連接，且所述長(zhǎng)度介于30和180個(gè)核苷酸堿基的范圍內(nèi)。
38.一種以DNA功能化親水納米微粒的方法，所述方法包括:在適合于產(chǎn)生具有基本均勻的尺寸和形狀的親水納米微粒的條件下合成親水納米微粒;在適合于在配體交換過程中取代配體或?qū)Ⅳ人峁倌軋F(tuán)加到配體上的條件下，使所述親水納米微粒與試劑接觸；在足夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)連接至所述納米微粒表面上的一段時(shí)間的共價(jià)鍵形成反應(yīng)條件下，使所述納米微粒表面與蛋白質(zhì)接觸；以及使所述納米微粒表面上的所述蛋白質(zhì)與生物素化DNA接觸。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述蛋白質(zhì)為鏈霉親和素。
40.一種以DNA功能化疏水納米微粒的方法，所述方法包括:在適合于產(chǎn)生具有基本均勻的尺寸和形狀的疏水納米微粒的條件下合成疏水納米微粒;在適合于在配體交換過程中取代配體或?qū)Ⅳ人峁倌軋F(tuán)加到配體上的條件下，使疏水納米微粒與試劑接觸；在足夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)連接至所述納米微粒表面上的一段時(shí)間的共價(jià)鍵形成反應(yīng)條件下，使所述納米微粒表面與蛋白質(zhì)接觸；使所述納米微粒表面上的所述蛋白質(zhì)與生物素化DNA接觸。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述蛋白質(zhì)為鏈霉親和素。
42.一種納米微粒的DNA功能化方法，所述方法包括:使具有暴露的羧基的配體與所述納米微粒接枝；使具有多個(gè)暴露的氨基的鏈霉親和素與所述納米微粒上接枝的配體結(jié)合以形成共價(jià)酰胺鍵；以及使生物素化DNA與所述鏈霉親和素連接。
【文檔編號(hào)】B82B1/00GK103562124SQ201280025181
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月13日
【發(fā)明者】張玉剛, 盧芳, 奧列格·甘格, 丹尼爾·范德勒利耶 申請(qǐng)人:布魯克海文科學(xué)協(xié)會(huì)有限責(zé)任公司