用于制備基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)的方法
【專利說明】用于制備基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)的方法發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于制備基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)的方法，并且更具體涉及這樣的制備金屬納米結(jié)構(gòu)的方法，通過使用自我組裝的生物分子，所述金屬納米結(jié)構(gòu)的取向、形狀和尺寸是可控的。
[0002]發(fā)明背景
[0003]納米顆粒具有與大物質(zhì)特性(bulkproperties)完全不同的獨特特性(例如光學的、電磁的和催化的特性等等)。納米顆粒具有這些特性的原因在于納米顆粒具有增加的特定表面區(qū)域，其導致特性的變化。在金屬納米顆粒中，觀察到了局域表面等離子體共振(LSPR)現(xiàn)象。金屬納米顆粒的吸收譜帶的強度或頻率取決于金屬納米顆粒的種類和放置納米顆粒的金屬種類而不同。進一步地，金屬納米顆粒的表面等離子體頻率取決于所述顆粒的尺寸、形狀和尺寸分布而不同。
[0004]用于制備此類納米顆粒的方法可以分為自上而下(top-down)方法和自下而上(bottom-up)方法。自上而下方法是塑形成聚團(sculpts a mass)使其變小的工藝。該方法具有小型化的限制，因為其不能制備尺寸為50nm或更低的材料。自下而上方法是通過如垛磚塊一樣結(jié)合原子或分子來制備新的納米材料的工藝。自下而上方法的典型實例包括自我組裝技術(shù)。可逆性的弱相互作用如氫鍵、疏水作用和范德華力在生物分子如DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間起作用。此類可逆的相互作用允許生物分子自發(fā)經(jīng)歷自我組裝成為復合結(jié)構(gòu)，此現(xiàn)象成為“自我組裝現(xiàn)象”。換言之，可以通過組裝生物分子用這種自我組裝現(xiàn)象來制備具有數(shù)納米至數(shù)十納米尺寸的納米結(jié)構(gòu)。然而，由于自我組裝現(xiàn)象在特定條件下自發(fā)地發(fā)生，所以自我組裝過程非常難于精確控制。
[0005]為了解決這一問題，韓國專利公開出版號N0.10-2012-0096120公開了改變反應條件(即溫度、pH或鹽濃度)來控制自我組裝現(xiàn)象的方法的用途。然而，該方法有一個問題，在于生物分子難于快速控制，這是由于變化是應用于所述生物分子的水溶液的。
[0006]因此，需要繼續(xù)對制備具有相同模式的納米材料的方法進行研究，所述模式能自起始反應階段制造想要的形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目標是提供用于制備金屬納米結(jié)構(gòu)的方法，其基于生物分子的自我組裝而不使用表面活性劑，并且其使得納米結(jié)構(gòu)的形狀和大小能夠自制備工藝的起始階段容易地進行控制。
[0008]本發(fā)明的另一個目標是提供通過上述方法制備的金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的又一個方面是提供包含所述金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體共振傳感器。
[0010]為了達到上述目標，本發(fā)明提供了用于制備基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括如下步驟:
[0011](a)在金屬納米種子(nanoseed)表面形成自我組裝的生物分子單分子層，由此形成金屬納米種子-生物分子復合物;和
[0012](b)使金屬離子在所述復合物表面生長，同時用還原劑來還原所述金屬離子。
[0013]在一個本發(fā)明的實施方案中，所述金屬納米種子-生物分子復合物可以通過如下步驟制備:
[0014](i)將脫硫生物素修飾的DNA結(jié)合至鏈霉親和素修飾的磁性粒子以形成磁性粒子-DNA復合物；
[0015](ii)將金屬納米種子結(jié)合至所述復合物的DNA以形成磁性粒子-DNA-金屬納米種子復合物;和
[0016](iii)將生物素溶液添加至所述磁性粒子-DNA-金屬納米種子復合物以分開磁性粒子和DNA之間的鍵，并從復合物去除磁性粒子，由此獲得金屬納米種子-DNA復合物，其中步驟(i)至(i i i)重復進行。
[0017]在本發(fā)明的另一個實施方案中，步驟(i)可以進一步包括在形成所述磁性粒子-DNA復合物后，將磁性粒子-DNA復合物添加至EDC和NHS的混合溶液的步驟，以激活DNA。
[0018]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述金屬納米種子-生物分子復合物可以通過如下步驟制備:(i)用具有末端二硫化物基團的寡核苷酸和具有羥基基團的低聚(乙二醇)(0EG-0H)處理所述金屬納米種子表面以形成自我組裝的單分子層，由此修飾金屬納米種子表面；(ii)向金屬納米種子添加末端硫醇化的DNA，并通過配體交換反應從所述金屬納米種子分離和去除寡核苷酸，由此制備金屬納米種子-DNA復合物;和(iii)通過電泳回收所述金屬納米種子-DNA復合物。此處的寡核苷酸可以是脫氧三磷酸腺苷(dATP)。
[0019]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述金屬納米種子-生物分子復合物可以通過如下步驟制備:(i)將DNA嵌入分子插入到質(zhì)粒DNA中然后脫鹽，以獲得質(zhì)粒DNA溶液；(ii)向所述質(zhì)粒DNA溶液添加金屬納米種子水溶液，以形成金屬納米種子-質(zhì)粒DNA復合物;和(iii)用緩沖液(pH 10-14)處理所述金屬納米種子-質(zhì)粒DNA復合物。
[0020]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述DNA嵌入分子可以是1-芘丁酸(PBA)或S-(2-[[4-(2-菲基)丁基]氨基]乙基)硫代硫酸氫酯(S-(2-[ [4-(2-phenanthryl)butyl]amino]ethyl)hydrogen sulfuroth1ate))。
[0021]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述金屬離子的來源可以選自下組之一:四氯金
(III)酸(hydrogen tetrachloroaurate(III)) (HAuCU)、四氯金(III)酸鈉(NaAuCl4)、氯化金(III)(AuC13)、和四氯金(III)酸鉀(KAuCl4)。
[0022]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述還原劑可以是選自下組的一項或多項:羥胺(NH20H)、二苯胺磺酸鈉、抗壞血酸、和聚(稀丙基胺)鹽酸鹽(ρο 1 y ( a 11 y 1 am i n e )hydrochloride)。
[0023]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述方法還可以進一步包括在步驟(b)之后，向所述復合物添加MPA以終止生長的步驟。
[0024]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述金屬納米種子可以是選自下組的任一者:納米球(nanosphere)、納米棒(nanorod)、納米棱柱(nanoprism)和納米片(nanosheet)，并具有l(wèi)-100nm的尺寸。
[0025]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述金屬納米種子可以由選自下組的任一者制成:金(Au)、銀(Ag)、鈾(Pt)、鈀(Pd)、銅(Cu)、娃(Si)、鍺(Ge)、招(A1)、和金屬氧化物。
[0026]在本發(fā)明的又一個實施方案中，所述生物分子可以是選自下組的任一者:單鏈DNA、雙鏈DNA、DNA寡聚物、RNA寡聚物、質(zhì)粒DNA、多肽、和蛋白質(zhì)，其中所述單鏈DNA、雙鏈DNA、DNA寡聚物和RNA寡聚物長度為5-5000bp，而所述質(zhì)粒DNA長度為800-10000bp。
[0027]本發(fā)明還提供通過所述方法制備的基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)。此處的金屬納米結(jié)構(gòu)可以是選自下組的任一項:納米球、納米棒、納米棱柱和納米片，并可具有5_500nm的尺寸。
[0028]本發(fā)明還提供包含所述金屬納米結(jié)構(gòu)的局部表面等離子體共振傳感器。
[0029]附圖簡述
[0030]圖1是顯示通過逐個(one-after-another)法來形成金屬納米種子-DNA復合物的工藝的示意圖。
[0031]圖2是顯示沉積于金屬納米種子-DNA復合物上的金屬離子的示意圖。
[0032]圖3是顯示獲取自金屬納米種子-DNA復合物的瓊脂糖凝膠電泳的條帶的示意圖。
[0033]圖4A是顯示沉積于金屬納米種子-DNA復合物上的金屬離子的HR-TEM圖像。
[0034]圖4B是照片，其顯示由將金屬離子沉積于金屬納米種子-DNA表面上導致的生長溶液顏色變化。
[0035]圖5是HR-TEM圖像，其顯示金屬離子和MPA之間的結(jié)合作為時間的函數(shù)。
[0036]圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的金屬納米結(jié)構(gòu)的HR-TEM圖像和示意圖。
[0037]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的納米結(jié)構(gòu)的X射線衍射光譜；圖7六是HR-TEM圖像;圖7B是FFT圖像。
[0038]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的納米結(jié)構(gòu)的X射線能量色散光譜。
[0039]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的納米結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9A是金屬納米種子的TEM圖像，而圖9B和9C是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的納米結(jié)構(gòu)的TEM圖像。
[0040]圖10描繪了顯示質(zhì)粒DNA的沉降系數(shù)作為pH的函數(shù)的圖，以及顯示超螺旋狀態(tài)變化的示意圖。
[0041 ]圖11A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的納米卷曲(nanocoil)的HR-TEM圖像，而圖11B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的納米盤(nanodisk)的HR-TEM圖像。
[0042]圖12是顯示實施例1和2中制備的金屬納米種子和金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體共振(LSPR)的強度的圖。
[0043]實施發(fā)明的最佳方式
[0044]下文對本發(fā)明進行具體描述。
[0045]本發(fā)明涉及用于制備基于生物分子的金屬納米結(jié)構(gòu)的方法，并且其特征在于可以從制備工藝的起始階段制備具有想要的尺寸和形狀