一种基于DNA调控合成金纳米粒子的方法

一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法
技术领域
1.本公开涉及纳米材料合成技术领域，具体地，涉及一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法。


背景技术：

2.利用dna调控贵金属纳米颗粒的生长已经被广泛研究，不同序列和长度的dna可调控单金属或双金属纳米颗粒生长成不同的形态，这些纳米颗粒在生长过程中的等离子体特性变化与dna的分子识别特性相结合，可用于生物传感器领域。此外，这种结合dna的纳米材料已被用于药物和dna 递送等研究。一般来说，大多数研究只讨论了dna序列对纳米颗粒生长的影响。
3.传统方法中将dna与金种子混合，然后添加氯金酸和还原剂以启动后续增长，dna会吸附在种子上发挥作用，但是由于dna和金纳米种子都带负电荷，这种简单的混合并不利于dna的吸附。
4.基于上述问题，亟需提供一种方便、快速、能够调控dna与金纳米材料的吸附效果，从而有控制金纳米材料生长形貌的方法。


技术实现要素：

5.本公开的目的是提供一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法，该方法无需添加额外的试剂和改变溶液的性质，能够简单、方便地合成不同形貌的金纳米粒子。
6.为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法，该方法包括如下步骤：
7.s1、将氯金酸溶液与柠檬酸钠溶液混合进行第一反应，得到第一混合液；
8.s2、将所述第一混合液与dna溶液进行第二反应，得到第二混合液；
9.s3、向所述第二混合液中加入还原剂和生长试剂进行第三反应，得到含有所述金纳米粒子的溶液。
10.根据本公开，其中，步骤s1中，所述氯金酸溶液与所述柠檬酸钠溶液的摩尔比为1：(1-20)，优选为1：(1-10)；
11.所述氯金酸溶液的浓度为0.1-10mmol/l，优选为0.5-5mmol/l；
12.所述柠檬酸钠溶液的浓度为1-100mmol/l，优选为2-50mmol/l。
13.根据本公开，其中，步骤s2中，所述第一混合液与所述dna溶液的摩尔比为1：(20-2000)，优选为1：(100-500)；所述dna溶液的浓度为 10-1000nmol/l，优选为100-500nmol/l。
14.根据本公开，其中，所述dna溶液中的dna序列包括5～60个碱基，优选为10～40个碱基；各碱基各自独立地选自a、g、c、t中的任意一种。
15.根据本公开，其中，所述第二混合液、所述还原剂和所述生长试剂的质量比为100：(1-20)：(1-20)，优选为100：(1-10)：(1-10)。
16.根据本公开，其中，所述还原剂包括羟胺盐酸盐、抗坏血酸和柠檬酸钠中的至少一种；所述生长试剂包括氯金酸、硝酸银、氯铂酸和氯钯酸中的至少一种。
17.根据本公开，其中，所述还原剂中，所述抗坏血酸溶液的浓度为 50-100mmol/l，所述羟胺盐酸盐溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述柠檬酸钠溶液的浓度为10-100mmol/l。
18.根据本公开，其中，所述生长试剂中，所述氯金酸溶液的浓度为 10-100mmol/l，所述硝酸银的浓度为10-100mmol/l，所述氯铂酸的浓度为 10-100mmol/l，所述氯钯酸溶液的浓度为10-100mmol/l。
19.根据本公开，其中，所述金纳米粒子包括金纳米棒、金纳米花和金纳米片中的至少一种。
20.根据本公开，其中，所述第一反应的反应条件包括：反应温度为80-140℃，优选为80-100℃；反应时间为1-30min，优选为5-20min；
21.所述第二反应的反应条件包括：反应温度为4-100℃，优选为60-100℃；反应时间为2-720min，优选为3-60min；
22.所述第三反应的反应条件包括：反应温度为4-37℃，优选为25-27℃，反应时间为1-60min，优选为10-20min。
23.根据本公开，其中，所述金纳米粒子包括单金属金、金银合金、金钯合金和金铂合金中的至少一种。
24.通过上述技术方案，本公开提供了一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法，该方法能够通过改变dna在金表面的数量和吸附强度，控制金纳米粒子生长成不同的形貌。
25.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
26.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
27.图1实施例1制备得到的金纳米粒子的tem图。
28.图2是对比例1制备得到的金纳米粒子的tem图。
29.图3是实施例1和对比例1制备得到的金纳米粒子溶液的uv图。
30.图4是测定实施例2和对比例2制备得到的金纳米粒子表面dna吸附强度。
31.图5是在不同条件下金纳米粒子表面dna的吸附状态。
32.图6是测定实施例2和对比例2制备得到的金纳米粒子表面dna吸附量。
33.图7是实施例3制备得到的金纳米粒子的tem图。
34.图8是对比例3制备得到的金纳米粒子的tem图。
35.图9是实施例3和对比例3制备得到的金纳米粒子溶液的uv图。
具体实施方式
36.以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
37.本公开提供一种基于dna调控合成金纳米粒子的方法，该方法包括如下步骤：
38.s1、将氯金酸溶液与柠檬酸钠溶液混合进行第一反应，得到第一混合液；
39.s2、将所述第一混合液与dna溶液进行第二反应，得到第二混合液；
40.s3、向所述第二混合液中加入还原剂和生长试剂进行第三反应，得到含有所述金纳米粒子的溶液。
41.可选地，步骤s1中，所述氯金酸溶液与所述柠檬酸钠溶液的摩尔比为 1：(1-20)，优选为1：(1-10)；所述氯金酸溶液的浓度为0.1-10mmol/l，优选为0.5-10mmol/l；所述柠檬酸钠溶液的浓度为1-100mmol/l，优选为 2-50mmol/l。
42.可选地，步骤s2中，所述第一混合液与所述dna溶液的摩尔比为1： (20-2000)，优选为1：(100-500)；所述dna溶液的浓度为10-1000nmol/l，优选为100-500nmol/l。
43.可选地，所述dna溶液中的dna序列包括5～60个碱基，优选为10～40 个碱基；各碱基各自独立地选自a、g、c、t中的任意一种。
44.可选地，所述第二混合液、所述还原剂和所述生长试剂的质量比为100： (1-20)：(1-20)，优选为100：(1-10)：(1-10)。
45.可选地，所述还原剂包括羟胺盐酸盐、抗坏血酸和柠檬酸钠中的至少一种；所述生长试剂包括氯金酸、硝酸银、氯铂酸和氯钯酸中的至少一种。
46.可选地，所述还原剂中，所述抗坏血酸溶液的浓度为50-100mmol/l，所述羟胺盐酸盐溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述柠檬酸钠的浓度为10-100mmol/l；
47.所述生长试剂中，所述氯金酸的浓度为10-100mmol/l所述硝酸银的浓度为10-100mmol/l，所述氯铂酸的浓度为10-100mmol/l，所述氯钯酸溶液的浓度为10-100mmol/l。
48.可选地，所述金纳米粒子包括金纳米棒、金纳米花和金纳米片中的至少一种。
49.可选地，所述第一反应的反应条件包括：反应温度为80-140℃，优选为 80-100℃；反应时间为1-30min，优选为5-20min；
50.所述第二反应的反应条件包括：反应温度为4-100℃，优选为60-100℃；反应时间为2-720min，优选为3-60min；
51.将第一混合液与dna溶液混合在该加热条件下进行第二反应，能够改变金纳米粒子表面的dna吸附量和吸附强度，控制金纳米粒子的生长方向，调控金纳米粒子的形貌。
52.所述第三反应的反应条件包括：反应温度为4-37℃，优选为25-27℃，反应时间为1-60min，优选为10-20min。
53.可选地，所述金纳米粒子包括单金属金、金银合金、金钯合金和金铂合金中的至少一种。
54.下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
55.采用hitachi公司生产的ht-7700型tem电镜对合成的纳米颗粒分别进行电镜检测，检测条件为：仪器分辨率为0.204nm，温度25℃；检测方法为：取反应后液体滴加在碳支持膜上，干燥后在tem电镜下观察。
56.采用shimadzu公司生产的uv-1750紫外可见分光光度计，对合成的纳米颗粒分别进行紫外检测，检测条件为：检测波长300-1000nm，温度25℃；检测方法为：用移液枪取80μl待测溶液放于比色皿中，放于仪器中检测紫外光谱。
57.采用tecan公司生产的spark型荧光光谱仪对金纳米颗粒表面dna的吸附量进行测试，检测条件为：激发波长490nm，发射波长530nm，温度 25℃；检测方法为：用移液枪取100μl待测溶液放于荧光皿中，放于仪器中检测荧光光谱。
58.实施例1
59.(1)按照如下步骤合成金纳米材料：
60.向氯金酸溶液(浓度为1mmol/l)中加入柠檬酸钠溶液(浓度为4mmol/l) 进行第一反应，氯金酸和柠檬酸钠摩尔比为1：4，在100℃反应20min，得到第一混合液。将第一混合液与100nm的dna(c30)混合进行第二反应， dna(c30)表示dna序列由30个胞嘧啶组成，所述第一混合液和dna 溶液的摩尔比为1：200，在100℃反应3min，得到第二混合液。
61.向所述第二混合液中依次加入羟胺盐酸盐溶液(浓度为0.4mol/l)和氯金酸溶液(浓度为50mmol/l)进行第三反应，第二混合液、羟胺盐酸盐溶液和氯金酸溶液的体积比为150：7.5：1，在25℃反应15min，得到金纳米溶液。
62.(2)对制备得到的金纳米溶液进行uv和tem测试，判断该溶液中金纳米颗粒的紫外光谱和形貌。
63.tem检测结果如图1所示：金纳米粒子呈现纳米花形貌。
64.制备得到的金纳米溶液为蓝色，uv检测结果如图3所示，金纳米溶液在622nm处有一个吸收峰。
65.对比例1
66.按照实施例1的方法制备金纳米材料，与实施例1的不同之处在于：本对比例中，第二反应的反应条件为：温度25℃，反应时间15min。
67.对合成的金纳米溶液进行表征测试，本对比例制备的金纳米溶液为紫色，如图3所示，uv检测显示，该金纳米粒子溶液在536nm处有一个吸收峰。
68.tem检测结果：溶液的电镜检测图像为纳米球状纳米粒子，如图2所示。
69.实施例2
70.本实施例用于测定第二混合液中金纳米颗粒表面dna的吸附量和吸附强度。
71.(1)按照如下步骤合成金纳米颗粒；
72.向氯金酸溶液(浓度为1mmol/l)中加入柠檬酸钠溶液(浓度为4mmol/l) 进行第一反应，氯金酸和柠檬酸钠摩尔比为1：4，在100℃反应20min，得到第一混合液。将第一混合液与1μm羧基荧光素标记的dna(fam-c30)混合进行第二反应，所述第一混合液和dna溶液的摩尔比为1：200，在100℃反应3min，得到第二混合液；
73.(2)按照如下步骤测定第二混合液中dna在金纳米颗粒表面的吸附量；
74.用荧光光谱仪测定第二混合液的荧光值，加入20mm氰化钾溶金后测定溶液的荧光值，计算金纳米颗粒表面dna的吸附量(10％，如图6所示)。
75.(3)按照如下步骤测定dna在金纳米颗粒表面的吸附强弱；
76.用荧光光谱仪测第二混合液的荧光值，分别加入0.5mm和20mm氰化钾溶金后测定溶液的荧光变化加入0.5mm和20mm氰化钾后荧光值均增加，加入0.5mm氰化钾的速率常数为0.56
±
0.01min-1
(如图4所示)，先加入的少量氰化钾，使吸附弱的dna先从金表面解吸附，荧光值增加，再加入的过量氰化钾，使吸附强的dna从表面解吸附，荧光值增加，进而测定dna 在金纳米颗粒表面的吸附强弱。
77.对比例2
78.本对比例按照实施例2的方法制备金纳米材料，与实施例2的不同之处在于：本对比例中，第二混合液制备的反应温度为25℃，反应时间为15min。
79.按照实施例2的方法测定第二溶液中金纳米颗粒表面dna的吸附量为 12％，如图6所示：加入0.5mm和20mm氰化钾后荧光值均增加，且加入 0.5mm氰化钾的速率常数为2.4
±
0.2min-1
，如图4所示，大于实施例2中测得的加热条件下的速率常数。速率常数越大，表明dna从金表面解吸附越容易，金纳米粒子表面的dna吸附强度越小。
80.可见，实施例2在加热条件下可改变金纳米粒子表面dna的吸附量和吸附强度。dna在金表面的吸附是个动力学的过程，在加热条件下，dna 倾向于纵向吸附，如图5所示，与金纳米粒子表面的接触点增多，改变了金纳米粒子表面dna的吸附量，增大了金纳米粒子表面dna的吸附强度。
81.实施例3
82.(1)按照如下步骤合成金纳米材料：
83.向氯金酸溶液(浓度为1mmol/l)中加入柠檬酸钠溶液(浓度为4mmol/l) 进行第一反应，氯金酸和柠檬酸钠摩尔比为1：4，在100℃反应15min，得到第一混合液。将第一混合液与1μm的dna(t30)混合进行第二反应，dna (t30)表示dna序列由30个胸腺嘧啶组成，所述第一混合液和dna溶液的摩尔比为1：2000，在95℃反应5min，得到第二混合液。
84.向所述第二混合液中依次加入羟胺盐酸盐溶液(浓度为0.1mol/l)和氯金酸溶液(浓度为25mmol/l)进行第三反应，第二混合液、羟胺盐酸盐溶液和氯金酸溶液的体积比为150：30：2，在27℃反应20min，得到金纳米溶液。
85.(2)对上述步骤制备得到的金纳米粒子溶液进行uv和tem测试，判断该溶液中金纳米颗粒的紫外光谱和形貌：
86.tem检测结果：溶液的电镜检测图像为不规则四边形纳米粒子，如图7 所示；
87.上述制备得到的金纳米粒子溶液为浅蓝色，如图9所示，uv检测显示该金纳米粒子溶液在576nm处有一个吸收峰。
88.对比例3
89.按照实施例3的方法制备金纳米材料，与实施例3的不同之处在于：本对比例中，第二混合液制备的反应温度为25℃,反应时间为15min。
90.本对比例制备得到的金纳米溶液为紫红色，tem检测结果显示，该金纳米粒子为纳米球形貌，如图8所示；uv测定结果如图9所示，该金纳米粒子在538nm处有一个吸收峰。
91.通过实施例1-3和对比例1-3可知，本公开提供的合成方法能够增强 dna在金纳米颗粒表面的吸附强度，降低金纳米粒子表面的dna吸附量， uv测得金纳米粒子溶液的波长从540nm向632nm偏移，表示金纳米粒子从金纳米球形貌逐渐形成不同形貌的纳米粒子。
92.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
93.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
94.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。