纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构及其构建方法与流程

本发明具体涉及一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构及其构建方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

自1982年Seeman等人首先提出可以使用带有互补粘性末端的分枝DNA分子来构建二维有序阵列以来，DNA纳米技术得到了蓬勃的发展。2006年，Rothemund等人开发的“支架DNA折纸”(Scaffolded DNA origami)技术称得上DNA纳米技术发展的一个里程碑。通过这一技术，研究人员可以获得大约100nm大小、任意形状的二维DNA折纸纳米结构，如矩形、正方形、三角形、星形和笑脸等不同形状。近年来人们又设计出各类更为复杂的三维DNA折纸纳米结构，使DNA这一重要的生物分子成为构建复杂纳米结构的原材料。

因为DNA分子具有序列可编程性，其构建的DNA折纸纳米结构表面位点可以精确调控，即具有高度的可寻址性，因此特别适合用于排布和组装各类不同的无机纳米材料。近年来，以DNA折纸纳米结构为模板人们已经获得了各类构象精确的无机纳米结构。如Kiehl等人以DNA折纸纳米结构为模板组装出金纳米粒子的有序二维阵列结构；Yan等人以DNA阵列为模板成功实现了量子点的二维有序自组装；Sleiman等人通过顶点有机分子控制DNA的自组装，成功得到了包含六个金纳米颗粒的平面环状结构。这些研究结果表明DNA纳米折纸是一项非常有效的纳米结构制造技术。

这类以DNA折纸纳米结构为模板构建出的复杂纳米结构往往具有各类新颖的光、电、磁学性质。利用DNA纳米折纸构建的金纳米颗粒螺旋是一类新型的纳米结构，金纳米颗粒的局域表面等离子体激元共振特性会赋予这类手性结构较强的圆二色光谱信号，且有左手螺旋和右手螺旋之分。这类螺旋状的手性纳米结构在基础光学研究和生物检测等应用领域都发挥着重要作用。

然而，目前这类纳米颗粒螺旋结构和其具有的光学性质都比较单一。在这类螺旋结构中引入不同种类的纳米颗粒以构建更复杂的组合结构，迄今为止仍是一项挑战。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构及其构建方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建方法，其包括：

构建二维DNA基底；

以单链DNA修饰纳米颗粒，并以单链DNA修饰纳米棒；

使修饰在纳米颗粒上的单链DNA和修饰在纳米棒上的单链DNA与二维DNA基底进行杂交，形成预结构；

使所述预结构与辅助DNA杂交，从而使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，并使所述纳米棒被包裹于所述包裹结构内，以及使复数个纳米颗粒在所述包裹结构上呈三维螺旋形态分布，从而获得纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。

在一些实施方案中，所述的构建方法包括：使辅助DNA与所述预结构中二维DNA基底上的相应捕获链DNA及修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，从而使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面，并且所述二维DNA基底包括至少一组第一捕获链DNA和至少一组第二捕获链DNA，其中一组第一捕获链包括沿第一轨迹排列的两条以上第一捕获链DNA，所述第一捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述纳米棒被固定于所述二维DNA基底的第一表面，其中一组第二捕获链DNA包括沿设定方向排列的两条以上第二捕获链DNA，所述第二捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第二表面伸出，并与修饰在纳米颗粒上的单链DNA杂交，使所述纳米颗粒被固定于所述二维DNA基底的第二表面。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底还包括两组第三捕获链DNA，所述的两组第三捕获链DNA分为两列且分别排布于所述纳米棒两侧，其中每一列第三捕获链包括沿第二轨迹排列的两条以上第三捕获链DNA，所述预结构中的纳米棒上修饰有两列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA，其中各列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA分别与各列第三捕获链对应设置，所述第三捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与辅助DNA的第一链段杂交，同时所述辅助DNA的第二链段与所述预结构中修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，所述第一链段和第二链段沿辅助DNA的长度方向依次分布。

在一些实施方案中，所述包裹结构可以为圆筒状、锥筒状或梭子状，且不限于此。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底为DNA折纸纳米结构。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底包含可以折叠的长链DNA和固定链DNA，所述长链DNA在与固定链DNA及捕获链DNA配对后折叠形成所述二维DNA基底，所述捕获链DNA包括第一捕获链DNA、第二捕获链DNA和第三捕获链DNA。

进一步的，所述纳米颗粒包括金纳米颗粒和/或金量子点、银纳米颗粒和/或银量子点、半导体量子点中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，所述纳米棒包括金纳米棒或银纳米棒等，且不限于此。

在一些实施方案中，所述的构建方法可以包括：使所述预结构中的二维DNA基底沿顺时针方向卷曲，从而形成呈左手螺旋结构的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。

在一些实施方案中，所述的构建方法可以包括：使所述预结构中的二维DNA基底沿逆时针方向卷曲，从而形成呈右手螺旋结构的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。

本发明实施例还提供了一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构，其包括被卷曲为包裹结构的二维DNA基底、被包裹于所述包裹结构内的至少一纳米棒以及复数个纳米颗粒，所述的复数个纳米颗粒呈三维螺旋形态排列在所述包裹结构上。

在一些实施方案中，所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构包括预结构和辅助DNA，所述预结构包括二维DNA基底以及结合在所述二维DNA基底上的纳米颗粒和纳米棒，并且所述预结构包括能够与辅助DNA杂交的单链DNA，在所述能够与辅助DNA杂交的单链DNA与所述辅助DNA杂交后，所述预结构中的二维DNA基底被卷曲为所述包裹结构。

在一些实施方案中，所述能够与辅助DNA杂交的单链DNA被修饰在所述纳米棒上。

在一些实施方案中，所述纳米棒和纳米颗粒上均修饰有单链DNA，所述二维DNA基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面，并且所述二维DNA基底包括至少一组第一捕获链DNA和至少一组第二捕获链DNA，其中一组第一捕获链包括沿第一轨迹排列的两条以上第一捕获链DNA，所述第一捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述纳米棒被固定于所述二维DNA基底的第一表面，其中一组第二捕获链DNA包括沿设定方向排列的两条以上第二捕获链DNA，所述第二捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第二表面伸出，并与修饰在纳米颗粒上的单链DNA杂交，使所述纳米颗粒被固定于所述二维DNA基底的第二表面。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底还包括两组第三捕获链DNA，所述的两组第三捕获链DNA分为两列且分别排布于所述纳米棒两侧，其中每一列第三捕获链包括沿第二轨迹排列的两条以上第三捕获链DNA，所述预结构中的纳米棒上修饰有两列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA，其中各列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA分别与各列第三捕获链对应设置，所述第三捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与辅助DNA的第一链段杂交，同时所述辅助DNA的第二链段与所述预结构中修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，所述第一链段和第二链段沿辅助DNA的长度方向依次分布。

在一些实施方案中，所述包裹结构可以为圆筒状、锥筒状或梭子状等，但不限于此。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底为DNA折纸纳米结构。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底包含可以折叠的长链DNA和固定链DNA，所述长链DNA在与固定链DNA及捕获链DNA配对后折叠形成所述二维DNA基底，所述捕获链DNA包括第一捕获链DNA、第二捕获链DNA和第三捕获链DNA。

在一些实施方案中，所述纳米颗粒包括金纳米颗粒和/或金量子点、银纳米颗粒和/或银量子点、半导体量子点中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

在一些实施方案中，所述纳米棒包括金纳米棒或银纳米棒等，且不限于此。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底沿顺时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈左手螺旋结构。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底沿逆时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈右手螺旋结构。

与现有技术相比，本发明通过对二维DNA基底上的捕获链位置进行设计，捕获与之互补配对的纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，能够实现对纳米颗粒和纳米棒的精确空间定位及二维DNA基底形变过程的精确控制，从而可以分别构建纳米颗粒与纳米棒的不同组合结构，特别是不同的手性结构。

附图说明

图1是本发明一典型实施方案中一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建原理图。

图2a-图2b是本发明实施例1所获金纳米颗粒左手螺旋包裹金纳米棒组合结构的透射电子显微镜照片。

图3a-图3b是本发明实施例2所获金纳米颗粒右手螺旋包裹金纳米棒组合结构的透射电子显微镜照片。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供的一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构包括被卷曲为包裹结构的二维DNA基底、被包裹于所述包裹结构内的至少一纳米棒以及复数个纳米颗粒，所述的复数个纳米颗粒呈三维螺旋形态排列在所述包裹结构上。

进一步的，所述的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构包括预结构和辅助DNA，所述预结构包括二维DNA基底以及结合在所述二维DNA基底上的纳米颗粒和纳米棒，并且所述预结构包括能够与辅助DNA杂交的单链DNA，在所述能够与辅助DNA杂交的单链DNA与所述辅助DNA杂交后，所述预结构中的二维DNA基底被卷曲为所述包裹结构。

在一些实施方案中，所述能够与辅助DNA杂交的单链DNA被修饰在所述纳米棒上。

在一些实施方案中，所述纳米棒和纳米颗粒上均修饰有单链DNA，所述二维DNA基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面，并且所述二维DNA基底包括至少一组第一捕获链DNA和至少一组第二捕获链DNA，其中一组第一捕获链包括沿第一轨迹排列的两条以上第一捕获链DNA，所述第一捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述纳米棒被固定于所述二维DNA基底的第一表面，其中一组第二捕获链DNA包括沿设定方向排列的两条以上第二捕获链DNA，所述第二捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第二表面伸出，并与修饰在纳米颗粒上的单链DNA杂交，使所述纳米颗粒被固定于所述二维DNA基底的第二表面。

在一些较为具体的实施方案中，所述的设定方向与所述纳米棒的轴线基本平行。

在一些较为具体的实施方案中，所述的第一轨迹优选为直线形轨迹。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包括一组第一捕获链DNA，所述的一组第一捕获链DNA沿直线形轨迹排布在所述二维DNA基底的第一表面中央。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包括复数条第二捕获链DNA，该复数条第二捕获链DNA分为至少两列平行排布，并使得复数个纳米颗粒分为两列以上平行排布在所述二维DNA基底的第二表面。

在一些较为具体的实施方案中，其中每一列纳米颗粒沿直线形轨迹排列在所述二维DNA基底的第二表面。

在一些较为具体的实施方案中，其中每一列第二捕获链DNA包括4组以上第二捕获链DNA，每一组第二捕获链DNA包括两条以上第二捕获链DNA。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底还包括两组第三捕获链DNA，所述的两组第三捕获链DNA分为两列且分别排布于所述纳米棒两侧，其中每一列第三捕获链包括沿第二轨迹排列的两条以上第三捕获链DNA，所述预结构中的纳米棒上修饰有两列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA，其中各列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA分别与各列第三捕获链对应设置，所述第三捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与辅助DNA的第一链段杂交，同时所述辅助DNA的第二链段与所述预结构中修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，所述第一链段和第二链段沿辅助DNA的长度方向依次分布。

进一步的，所述第二轨迹可以为直线形轨迹或曲线形轨迹，优选为直线形轨迹。

在一些实施方案中，所述包裹结构为圆筒状、锥筒状或梭子状，优选为圆筒状。

在一些较为具体的实施方案中，所述包裹结构与所述纳米棒同轴设置。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底为DNA折纸纳米结构。

进一步的，前述实施例中的二维DNA基底大体成二维平面，可以通过DNA自组装技术构建形成。例如，可以通过DNA折纸术来构建形成。所述纳米棒以与二维DNA基底基本上平行地方式固定在二维DNA基底上。

优选的，前述二维DNA基底为矩形DNA折纸纳米结构，例如60nm×90nm×2nm的矩形DNA折纸纳米结构。

当然，前述二维DNA基底也可以是正方形、三角形、圆形、星形等其它规则或不规则形状。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包含可以折叠的长链DNA和固定链DNA，所述长链DNA在与固定链DNA及捕获链DNA配对后折叠形成所述二维DNA基底，所述捕获链DNA包括第一捕获链DNA、第二捕获链DNA和第三捕获链DNA。

进一步的，前述可以折叠的长链DNA可以为提取自病毒的长链DNA，例如提取自m13mp18、m13mp19病毒的单链DNA等，但不限于此。

在一些较为具体的实施例中，前述DNA折纸纳米结构可以是主要由m13mp18病毒中提取的7259个碱基的单链DNA和一组固定链DNA与捕获链DNA配对使m13mp18病毒DNA折叠而成。

在一些较为具体的实施例中，所述固定链DNA和捕获链DNA的总数可以依据实际需求而定，例如可以为182～192条，例如可以为182或192条。

进一步的，前述各固定链的碱基数量可以相对或不相等。

在一些较为具体的实施例中，所述固定链的碱基数可以为25～32条，例如25或32条。

在一些较为具体的实施方案中，修饰于纳米颗粒上的单链DNA和修饰于纳米棒上的单链DNA具有不同序列。

在一些更为具体的实施例中，前述的任一捕获链DNA均可以包括两段短序列S1和S2，所述短序列S1参与前述长链DNA，例如m13mp18病毒DNA配对，所述短序列S2为粘性末端用以捕获所述纳米颗粒、纳米棒等。

在一些更为具体的实施例中，任意一条前述捕获链DNA通过对短序列S1延伸或减少若干碱基数，例如5～35个碱基数，例如5、15、25、35个碱基数都可以使短序列S2在二维DNA基底上的朝向相反。

在一些更为具体的实施例中，任意一个纳米棒可以被七条第一捕获链DNA捕获，任意一个纳米颗粒可以被四条第二捕获链DNA捕获。如此，可以使纳米棒、纳米颗粒等可以更为紧固的与二维DNA基底结合。

进一步的，前述纳米颗粒包括金纳米颗粒和/或金量子点、银纳米颗粒和/或银量子点、半导体量子点等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，前述纳米棒包括金纳米棒或银纳米棒等，且不限于此。

进一步的，在前述实施方案中，用以修饰纳米颗粒和纳米棒的单链DNA为带有活性基团的DNA，例如经巯基功能化的DNA，从而可以利用巯基与纳米颗粒和纳米棒之间形成的共价键实现单链DNA与纳米颗粒和纳米棒之间的稳定结合。

进一步的，在前述实施方案中，用于与修饰在纳米颗粒上的单链DNA互补的各捕获链DNA的序列可以相同。

进一步的，在前述实施方案中，用于与修饰在纳米棒上的单链DNA互补的各捕获链DNA的序列可以相同或不同。

进一步的，在前述实施方案中，将经单链DNA修饰的纳米颗粒和纳米棒与所述二维DNA基底进行杂交形成预结构的杂交温度低于所述二维DNA基底的解链温度，以防止二维DNA基底自身的分解。

进一步的，在前述实施方案中，将辅助DNA与所述预结构进行杂交的杂交温度低于所述二维DNA基底的解链温度，以防止二维DNA基底自身的分解。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底沿顺时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈左手螺旋结构。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底沿逆时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈右手螺旋结构。

本发明实施例的另一个方面提供的一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建方法包括：

构建二维DNA基底；

以单链DNA修饰纳米颗粒，并以单链DNA修饰纳米棒；

使修饰在纳米颗粒上的单链DNA和修饰在纳米棒上的单链DNA与二维DNA基底进行杂交，形成预结构；

使所述预结构与辅助DNA杂交，从而使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，并使所述纳米棒被包裹于所述包裹结构内，以及使复数个纳米颗粒在所述包裹结构上呈三维螺旋形态分布，从而获得纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。

在一些实施方案中，所述的构建方法包括：使辅助DNA与所述预结构中修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，从而使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底包括第一表面和与第一表面相背对的第二表面，并且所述二维DNA基底包括至少一组第一捕获链DNA和至少一组第二捕获链DNA，其中一组第一捕获链包括沿第一轨迹排列的两条以上第一捕获链DNA，所述第一捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述纳米棒被固定于所述二维DNA基底的第一表面，其中一组第二捕获链DNA包括沿设定方向排列的两条以上第二捕获链DNA，所述第二捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第二表面伸出，并与修饰在纳米颗粒上的单链DNA杂交，使所述纳米颗粒被固定于所述二维DNA基底的第二表面。

在一些较为具体的实施方案中，所述的设定方向与所述纳米棒的轴线基本平行。

在一些较为具体的实施方案中，所述的第一轨迹优选为直线形轨迹。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包括一组第一捕获链DNA，所述的一组第一捕获链DNA沿直线形轨迹排布在所述二维DNA基底的第一表面中央；优选的，所述的一组第一捕获链DNA包括七条以上第一捕获链DNA。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包括复数条第二捕获链DNA，该复数条第二捕获链DNA分为至少两列平行排布，并使得复数个纳米颗粒分为两列以上平行排布在所述二维DNA基底的第二表面。

在一些更为具体的实施方案中，其中每一列纳米颗粒沿直线形轨迹排列在所述二维DNA基底的第二表面。

在一些更为具体的实施方案中，其中每一列第二捕获链DNA包括4组以上第二捕获链DNA，每一组第二捕获链DNA包括两条以上第二捕获链DNA。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底还包括两组第三捕获链DNA，所述的两组第三捕获链DNA分为两列且分别排布于所述纳米棒两侧，其中每一列第三捕获链包括沿第二轨迹排列的两条以上第三捕获链DNA，所述预结构中的纳米棒上修饰有两列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA，其中各列能够与所述辅助DNA的第二链段杂交的单链DNA分别与各列第三捕获链对应设置，所述第三捕获链DNA的至少部分链段从所述二维DNA基底的第一表面伸出，并与辅助DNA的第一链段杂交，同时所述辅助DNA的第二链段与所述预结构中修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构，所述第一链段和第二链段沿辅助DNA的长度方向依次分布。

进一步的，所述第二轨迹可以为直线形轨迹或曲线形轨迹，优选为直线形轨迹。

进一步的，所述包裹结构可以为圆筒状、锥筒状或梭子状等，优选为圆筒状。

在一些较佳实施方案中，所述包裹结构与所述纳米棒同轴设置。

在一些实施方案中，所述二维DNA基底为DNA折纸纳米结构。

进一步的，前述实施例中的二维DNA基底大体成二维平面，可以通过DNA自组装技术构建形成。例如，可以通过DNA折纸术来构建形成。所述纳米棒以与二维DNA基底基本上平行地方式固定在二维DNA基底上。

优选的，前述二维DNA基底为矩形DNA折纸纳米结构，例如60nm×90nm×2nm的矩形DNA折纸纳米结构。

当然，前述二维DNA基底也可以是正方形、三角形、圆形、星形等其它规则或不规则形状。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底包含可以折叠的长链DNA和固定链DNA，所述长链DNA在与固定链DNA及捕获链DNA配对后折叠形成所述二维DNA基底，所述捕获链DNA包括第一捕获链DNA、第二捕获链DNA和第三捕获链DNA。

进一步的，前述可以折叠的长链DNA可以为提取自病毒的长链DNA，例如提取自m13mp18、m13mp19病毒的单链DNA等，但不限于此。

在一些较为具体的实施例中，前述DNA折纸纳米结构可以是主要由m13mp18病毒中提取的7259个碱基的单链DNA和一组固定链DNA与捕获链DNA配对使m13mp18病毒DNA折叠而成。

在一些较为具体的实施例中，所述固定链DNA和捕获链DNA的总数可以依据实际需求而定，例如可以为182～192条，例如可以为182或192条。

进一步的，前述各固定链的碱基数量可以相对或不相等。

在一些较为具体的实施例中，所述固定链的碱基数可以为25～32条，例如25或32条。

在一些较为具体的实施方案中，修饰于纳米颗粒上的单链DNA和修饰于纳米棒上的单链DNA具有不同序列。

在一些更为具体的实施例中，前述的任一捕获链DNA均可以包括两段短序列S1和S2，所述短序列S1参与前述长链DNA，例如m13mp18病毒DNA配对，所述短序列S2为粘性末端用以捕获所述纳米颗粒、纳米棒等。

在一些更为具体的实施例中，任意一条前述捕获链DNA通过对短序列S1延伸或减少若干碱基数，例如5～35个碱基数，例如5、15、25、35个碱基数都可以使短序列S2在二维DNA基底上的朝向相反。

在一些更为具体的实施例中，任意一个纳米棒可以被七条第一捕获链DNA捕获，任意一个纳米颗粒可以被四条第二捕获链DNA捕获。如此，可以使纳米棒、纳米颗粒等可以更为紧固的与二维DNA基底结合。

进一步的，前述纳米颗粒包括金纳米颗粒和/或金量子点、银纳米颗粒和/或银量子点、半导体量子点等中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，前述纳米棒包括金纳米棒或银纳米棒等，且不限于此。

进一步的，在前述实施方案中，用以修饰纳米颗粒和纳米棒的单链DNA为带有活性基团的DNA，例如经巯基功能化的DNA，从而可以利用巯基与纳米颗粒和纳米棒之间形成的共价键实现单链DNA与纳米颗粒和纳米棒之间的稳定结合。

进一步的，在前述实施方案中，用于与修饰在纳米颗粒上的单链DNA互补的各捕获链DNA的序列可以相同。

进一步的，在前述实施方案中，用于与修饰在纳米棒上的单链DNA互补的各捕获链DNA的序列可以相同或不同。

进一步的，在前述实施方案中，将经单链DNA修饰的纳米颗粒和纳米棒与所述二维DNA基底进行杂交形成预结构的杂交温度低于所述二维DNA基底的解链温度，以防止二维DNA基底自身的分解。

进一步的，在前述实施方案中，将辅助DNA与所述预结构进行杂交的杂交温度低于所述二维DNA基底的解链温度，以防止二维DNA基底自身的分解。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底沿顺时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈左手螺旋结构。

在一些较为具体的实施方案中，所述二维DNA基底沿逆时针方向卷曲，使所述纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构呈右手螺旋结构。

在一些较为具体的实施例中，所述的构建方法还可包括：在构建完成所述二维DNA基底之后，除去多余的DNA链。例如，在一些较为具体的实施方案中，在完成二维DNA基底的构建后，还可以将所述二维DNA基底进行琼脂糖凝胶电泳(例如可以采用1％琼脂糖凝胶)，用于除去多余的DNA链，以防止多余的单链DNA在后续过程中可能产生的一系列不良影响，例如，游离的捕获链DNA可能会对纳米颗粒和纳米棒在二维DNA基底上的固定和定位造成不良影响，也可能会对对辅助DNA与二维DNA基底的结合固定造成不良影响，等等。

在一些较为具体的实施例中，所述的构建方法还包括：在以单链DNA对纳米颗粒和纳米棒进行修饰后，还将多余的单链DNA链除去。例如，在一些较为具体的实施方案中，在完成纳米颗粒和纳米棒表面的单链DNA修饰后，还可以采用琼脂糖电泳(例如可以采用2％琼脂糖凝胶)将多余的DNA分离并除去，以防止多余的单链DNA在后续过程中对纳米颗粒和纳米棒在二维DNA基底上的固定和定位造成影响。

在本发明的一较为典型的具体实施案例中，一种纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建方法可以按照如图1所示方式实施，其可以包括：

(1)提供基于DNA折纸纳米结构的矩形二维DNA基底，该二维DNA基底包含可以折叠的长链DNA和固定链DNA，所述长链DNA在与固定链DNA及捕获链DNA配对后折叠形成所述二维DNA基底，所述捕获链DNA包括第一捕获链DNA(可以为一组共七条)、第二捕获链DNA(可以为平行排布的两列，每列共四组，每组共四条)和第三捕获链DNA(可以为平行排布的两列，每列有两条以上)。

(2)使第一捕获链DNA与修饰在纳米棒上的单链DNA杂交，将纳米棒固定于所述二维DNA基底的第一表面，以及使第二捕获链DNA与修饰在纳米颗粒上的单链DNA杂交，使纳米颗粒被固定于所述二维DNA基底的第二表面，该第一表面与第二表面相背对设置，从而形成预结构，其中依据纳米颗粒在二维DNA基底第二表面的排列形式，该预结构可以分为LH预结构(左手螺旋预结构)和RH预结构(右手螺旋预结构)。

(3)使预结构中的第三捕获链DNA及修饰在纳米棒上的单链DNA与辅助DNA杂交，从而使所述预结构中的二维DNA基底卷曲形成包裹结构(可以为圆筒形)，并使所述纳米棒被包裹于所述包裹结构内，以及使纳米颗粒在所述包裹结构上呈三维螺旋形态分布，从而获得纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。其中依据纳米颗粒在所述包裹结构上的排列形式，该纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构可以分为LH组合结构(左手螺旋组合结构)和RH组合结构(右手螺旋组合结构)。

在本发明的前述实施方案中，通过对基底上的捕获链位置进行设计，捕获与之互补配对的纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，能够实现对纳米颗粒和纳米棒的精确空间定位及基底的形变过程，从而可以分别构建纳米颗粒左手螺旋与右手螺旋和纳米棒的不同组合结构。

以下结合附图和若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。虽然在以下各实施例中以通过DNA折纸术构建的瓦片状的60nm×90nm×2nm的矩形二维DNA基底作为示例，但如上所述，本发明不限于此，而是还可以其它形状(如三角形，正方形等)的二维DNA基底作为基底。在本发明提供的实施例中，DNA基底优选为60nm×90nm×2nm的长方形DNA折纸纳米结构。

实施例1

1.利用DNA自组装技术构建DNA基底

将浓度为20μM的一组固定链(约200条)与m13mp病毒单链DNA以摩尔比20:1的比例混合；再加入用以捕获纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA的短链DNA，即捕获链，该捕获链DNA粘性末端序列S2与纳米颗粒、纳米棒表面的单链DNA及辅助DNA分别配对，另一段序列S1参与m13mp18病毒单链DNA的配对，构成二维DNA基底的一部分，该段序列S1末端增加或减少5个碱基可使捕获链粘性末端S2在DNA基底上朝向反面；再用50×TAE-Mg溶液将溶液中缓冲液浓度稀释为1×TAE-Mg，将混合溶液用PCR核酸扩增仪退火，从94℃缓慢降温，经12小时降至室温，形成所需要的二维DNA基底。

其中，用以捕获纳米颗粒的捕获链DNA的序列可以为(5’→3’)：

GTGCCACGAGACTCA。

其中，用以捕获纳米棒的捕获链DNA的序列可以为(5’→3’)：

AAAAAAAAAAAAAAA。

在本发明提供的该实施例中，DNA折纸纳米结构是用m13mp病毒单链DNA，和一组固定链DNA与捕获链DNA配对使m13mp18病毒DNA折叠而成，固定链DNA和捕获链DNA总数为192条，且任意一条固定链的碱基数量可不相等，固定链的碱基数约为32，捕获链DNA包括两短序列S1和S2，短序列S1参与m13mp18病毒DNA配对，短序列S2为粘性末端用以捕获纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，任意一条捕获链DNA通过对短序列S1延伸或减少5个碱基数都可以使短序列S2在DNA基底上的朝向相反。

在本发明提供的实施例中，一个纳米棒需要7条捕获链DNA捕获，这7条捕获链DNA可以在二维DNA基底的中部沿直线形轨迹排列。一个纳米颗粒需要4条捕获链DNA捕获，捕获8个纳米颗粒的8组捕获链在矩形DNA基底上排列为从右上至左下平行的两列，每列含有4组，每组包含4条捕获链。

在本发明提供的实施例中，m13mp病毒单链DNA为在m13mp18病毒中提取的7259个碱基的单链DNA。

在完成DNA基底构建之后，还包括下述步骤：将构建的DNA折纸纳米结构进行1％琼脂糖凝胶电泳，除去多余的DNA链，将纯化后的DNA折纸纳米结构于4℃保存，用于后面的杂交实验。

2.用DNA对纳米棒进行修饰

将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)保护的13nm×38nm金纳米棒离心两次，第一次离心(12000转/分，15分钟)后用去离子水复溶，第二次离心(9000转/分，12分钟)，用去离子水复溶，然后加入十二烷基硫酸钠(SDS)溶液，使纳米棒溶液含有0.01wt％的SDS。将单链DNA加入纳米棒溶液，并以纳米棒：DNA为1：1000的摩尔比振荡过夜，然后用5×TBE溶液将纳米棒溶胶的缓冲液浓度调为1×TBE，再慢慢加入5mol/L的NaCl溶液，24小时后，溶液的NaCl最终浓度为0.5mol/L。将经DNA修饰后的纳米棒用2％琼脂糖电泳将多余的DNA除去，切下所需要的条带进行浓缩，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后续的杂交步骤中对纳米棒的精确定位造成影响。

其中，用以修饰纳米棒的单链DNA的序列可以为：

5’—TTTTTTTTTTTTTTTAGCGA—3’。

在本发明提供的该实施例中，用于对纳米棒进行修饰的DNA优选为巯基DNA，从而利用巯基与纳米棒之间形成的共价键来实现DNA与纳米棒之间的结合。

在本发明提供的实施例中，纳米棒优选为13nm×38nm的金纳米棒。可以理解，纳米棒还可以为其他尺寸的金纳米棒、银纳米棒或其他贵金属纳米棒。

3.用DNA对纳米颗粒进行修饰

将柠檬酸钠保护的10nm金纳米颗粒用二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BSPP)修饰，然后加NaCl粉末直至溶液变为灰蓝色，并将得到的溶液进行离心处理(离心速率为4500转/分，离心时间为30分钟)，再用BSPP溶液复溶。在经上述浓缩处理后的纳米颗粒加入DNA进行修饰，将纳米颗粒与单链DNA以1：200的摩尔比进行混合，振荡过夜。将经DNA修饰后的纳米棒用2％琼脂糖电泳将多余的DNA除去，切下所需要的条带进行浓缩，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后续的杂交步骤中对纳米颗粒的精确定位造成影响。

其中，用以修饰纳米颗粒的单链DNA的序列可以为：

5’—TGAGTCTCGTGGCACAAA—3’。

在本发明提供的实施例中，用于修饰对纳米颗粒进行修饰的DNA优选为巯基DNA，从而利用巯基与纳米棒之间形成的共价键来实现DNA与纳米颗粒之间的结合。

在本发明提供的该实施例中，纳米颗粒优选为10nm的金纳米颗粒。可以理解，纳米颗粒还可以为其他尺寸的金纳米颗粒、银纳米颗粒或半导体量子点等。

4.将经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒与DNA基底进行杂交，形成预结构。

将纯化后的DNA折纸纳米结构及经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒以摩尔比1:5:50比例进行杂交，并在PCR核酸扩增仪中退火，退火温度程序为45℃降至30℃，每10分钟降低1℃，执行4个循环。可以理解，将经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒与DNA基底进行杂交的杂交温度低于DNA基底的解链温度。

5.用辅助DNA将预结构形变为纳米颗粒螺旋和纳米棒的组合结构。

将预结构与辅助DNA以1：10的摩尔比进行混合，振荡过夜，得到组合结构。

其中，辅助DNA的其序列可以为：

5’—TGACAGGTTAGCAGTAAAAAAAAAAAAAAA—3’。

8组捕获链在矩形DNA基底上排列为从右上至左下平行的两列，每列含有4组捕获链，加入的辅助DNA使得预结构中的矩形DNA基底朝纳米棒方向卷曲形成桶状结构，得到10nm金纳米颗粒左手螺旋包裹13×38nm金纳米棒的组合结构。

再将组合结构在0.5×TAE-Mg² 缓冲溶液中进行1％琼脂糖凝胶电泳，切下组合结构所在位置的条带，再次浓缩，即可高产率地得到所需的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构。

请参阅图2a和图2b分别是本发明实施例1所获的一种10nm金纳米颗粒左手螺旋包裹13×38nm金纳米棒组合结构的透射电子显微镜照片。从图2a-图2b中可以看出，本发明该实施例提供的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建方法，通过对基底上的捕获链位置进行设计，捕获与之互补配对的纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，能够实现对纳米颗粒和纳米棒的精确空间定位及基底的形变过程，最终构建出特定设计的纳米颗粒左手螺旋包裹纳米棒的组合结构。

实施例2

1.利用DNA自组装技术构建DNA基底

将浓度为20μM的一组固定链与m13mp病毒单链DNA以摩尔比20:1的比例混合；再加入用以捕获纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA的短链DNA，即捕获链，该捕获链DNA粘性末端S2与纳米颗粒、纳米棒表面的单链DNA及辅助DNA分别配对，另一段序列S1参与m13mp18病毒单链DNA的配对，构成基底的一部分，该段序列末端增加或减少5个碱基可使捕获链粘性末端S2在DNA基底上朝向反面；再用50×TAE-Mg溶液将溶液中缓冲液浓度稀释为1×TAE-Mg，将混合溶液用PCR核酸扩增仪退火，从94℃缓慢降温，经12小时降至室温，形成所需要的DNA基底。

在本发明提供的实施例中，DNA基底优选为60nm×90nm×2nm的长方形DNA折纸纳米结构。DNA基底还可以为其他形状的二维DNA折纸纳米结构，如三角形，正方形等。

在本发明提供的实施例中，DNA折纸纳米结构是用m13mp病毒单链DNA，和一组固定链DNA与捕获链DNA配对使m13mp18病毒DNA折叠而成，固定链DNA和捕获链DNA总数为192条，且任意一条固定链的碱基数量可不相等，固定链的碱基数约为32，捕获链DNA包括两短序列S1和S2，短序列S1参与m13mp18病毒DNA配对，短序列S2为粘性末端用以捕获纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，任意一条捕获链DNA通过对短序列S1延伸或减少5个碱基数都可以使短序列S2在DNA基底上的朝向相反。本实施例的各捕获链，固定链，修饰纳米颗粒、纳米棒表面的单链DNA，以及辅助DNA的序列可以依据业界已知的方法设计。

在本发明提供的实施例中，一个纳米棒需要7条捕获链DNA捕获，一个纳米颗粒需要4条捕获链DNA捕获，捕获8个纳米颗粒的8组捕获链在矩形DNA基底上排列为从左上至右下平行的两列，每列含有4组，每组4条捕获链。

在本发明提供的实施例中，m13mp病毒单链DNA为在m13mp18病毒中提取的7259个碱基的单链DNA。

在完成DNA基底构建之后，还包括下述步骤：将构建的DNA折纸纳米结构进行1％琼脂糖凝胶电泳，除去多余的DNA链，将纯化后的结构于4℃保存，用于后面的杂交实验。

2.用DNA对纳米棒进行修饰

将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)保护的13×38nm金纳米棒离心两次，第一次离心(12000转/分，15分钟)后用去离子水复溶，第二次离心(9000转/分，12分钟)，用去离子水复溶，然后加入十二烷基硫酸钠(SDS)溶液，使纳米棒溶液含有0.01％的SDS。将DNA加入纳米棒溶液，并以纳米棒：DNA为1：1000的摩尔比振荡过夜，然后用5×TBE溶液将纳米棒溶胶的缓冲液浓度调为1×TBE，再慢慢加入5mol/L的NaCl溶液，24小时后，溶液的NaCl最终浓度为0.5mol/L。将经DNA修饰后的纳米棒用2％琼脂糖电泳将多余的DNA除去，切下所需要的条带进行浓缩，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后续的杂交步骤中对纳米棒的精确定位造成影响。

在本发明提供的实施例中，用于对纳米棒进行修饰的DNA优选为巯基DNA，从而利用巯基与纳米棒之间形成的共价键来实现DNA与纳米棒之间的结合。

在本发明提供的实施例中，纳米棒优选为13×38nm的金纳米棒。可以理解，纳米棒还可以为其他尺寸的金纳米棒、银纳米棒或其他贵金属纳米棒。

3.用DNA对纳米颗粒进行修饰

将柠檬酸钠保护的6nm金纳米颗粒用二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BSPP)修饰，然后加NaCl粉末直至溶液变为灰蓝色，并将得到的溶液进行离心处理(离心速率为4500转/分，离心时间为30分钟)，再用BSPP溶液复溶。在经上述浓缩处理后的纳米颗粒加入DNA进行修饰，将纳米颗粒与DNA以1：200的摩尔比进行混合，振荡过夜。将经DNA修饰后的纳米棒用2％琼脂糖电泳将多余的DNA除去，切下所需要的条带进行浓缩，完全除去多余的DNA，以防止多余的DNA在后续的杂交步骤中对纳米颗粒的精确定位造成影响。

在本发明提供的实施例中，用于修饰对纳米颗粒进行修饰的DNA优选为巯基DNA，从而利用巯基与纳米棒之间形成的共价键来实现DNA与纳米颗粒之间的结合。

在本发明提供的实施例中，纳米颗粒优选为6nm的金纳米颗粒。可以理解，纳米颗粒还可以为其他尺寸的金纳米颗粒、银纳米颗粒或半导体量子点。

4.将经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒与DNA基底进行杂交，形成预结构。

将纯化后的DNA折纸纳米结构及经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒以摩尔比1:5:50比例进行杂交，并在PCR核酸扩增仪中退火，退火温度程序为45℃降至30℃，每10分钟降低1℃，执行4个循环。可以理解，将经DNA修饰后的纳米棒和纳米颗粒与DNA基底进行杂交的杂交温度低于DNA基底的解链温度。

5.用辅助DNA将预结构形变为纳米颗粒螺旋和纳米棒的组合结构。

将预结构与辅助DNA以1：10的摩尔比进行混合，振荡过夜，得到组合结构。

8组捕获链在矩形DNA基底上排列为从左上至右下平行的两列，每列含有4组捕获链，加入的辅助DNA使得预结构中的矩形DNA基底朝纳米棒方向卷曲形成桶状结构，得到6nm金纳米颗粒右手螺旋包裹13×38nm金纳米棒的组合结构。

再将组合结构在0.5×TAE-Mg² 缓冲溶液中进行1％琼脂糖凝胶电泳，切下组合结构所在位置的条带，再次浓缩，即可高产率地可得到所需结构。

请参阅图3a-图3b是本发明实施例2所获的一种金纳米颗粒右手螺旋包裹金纳米棒组合结构的透射电子显微镜照片。从图3a-图3b中可以看出，本发明该实施例提供的纳米颗粒螺旋和纳米棒组合结构的构建方法，通过对基底上的捕获链位置进行设计，捕获与之互补配对的纳米颗粒、纳米棒和辅助DNA，能够实现对纳米颗粒和纳米棒的精确空间定位及基底的形变过程，最终构建出特定设计的纳米颗粒右手螺旋包裹纳米棒的组合结构。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。