CN102127445A - 一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法 - Google Patents

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一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法，属于材料化学技术领域。本发明包括金纳米粒子的合成、金纳米粒子偶联DNA、CdTe量子点偶联DNA、金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构并对其进行表征。本发明获得的金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构的具有手性信号的自组装纳米材料，通过对组装结构的手性分析，特别是对手性荧光纳米材料的研究，对构建新型手性纳米传感器有重要的意义。

Description

一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法
技术领域
一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法，属于材料化学技术领域。
背景技术
纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。纳米材料的本质在于：当材料进入纳米尺度后，材料的物性之间由若干个与尺度效应、边界效应等直接相关的特征物理尺度(如电子的德布罗意波长、波尔激子半径、隧道势垒厚度、铁磁性临界尺寸等)所决定。只要结构几何尺寸接近这些特征物理尺度，材料的电子结构、运输效应、磁学、电学、热力学和力学性能均会发生明显的变化。
纳米材料主要包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子；二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。这种特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，并拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。利用这些纳米材料已挖掘出来的奇特的物理、化学和力学性能，进行人工组装合成纳米复合材料是当今的研究热点。
金纳米粒子是最为经典的一种金属纳米粒子，由于具有优良的稳定性和独特的光学性质，在光电子学、传感器、催化和生物医学等领域具有重要的应用价值。它的高催化活性能通过自组装形成纳米结构的特点，使其在高级材料的制造上具有很大的应用前景。
量子点又称半导体纳米晶体，主要是由II一Ⅵ族元素(如CdS，CdSe，CdTe，ZnSe等)和III．V族元素(如InP，InAs等)组成的纳米晶体，目前研究较多的主要是CdX(X=S，Se，Te)。与传统的有机荧光物相比，量子点荧光量子产率很高，发射峰很窄，Stocks位移随颗粒大小可调，具有独特的光谱特性和光学稳定性，已广泛应用于生物化学分析中的荧光探针检测。
圆二色谱是一种特殊的吸收谱，它对手性分子的构象十分敏感，因此它是最重要的光谱实验之一。手性分子都具有光学活性。当单色左旋与右旋的圆偏振光通过某一种手性样品时，该样品对左、右旋圆偏振光的吸收不同，这叫做圆二色性。其差值△A=△AL一△AR称为圆二色值，按波长扫描就得到了圆二色谱(CD谱)。
圆二色光谱仪通过测量生物大分子的圆二色光谱从而得到生物大分子的二级结构，是简便和快捷的获得生物大分子结构的手段之一。可应用于蛋白质折叠﹑蛋白质构象研究，DNA/RNA反应，酶动力学，光学活性物质纯度测量，药物定量分析。可应用于生物化学与宏观大分子，金属络合物，聚合物化学等相关的科学研究。近年来，纳米粒子组装结构的手性研究成为人们关注的热点问题，通过对组装结构的手性分析，特别是对手性荧光纳米材料的研究，对构建新型手性纳米传感器有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法。
本发明的技术方案：一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法，包括金纳米粒子的合成、金纳米粒子修饰DNA、CdTe量子点修饰DNA、金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构并对其进行表征。工艺步骤为：
（1）金纳米粒子合成
用单宁酸和柠檬酸三钠还原氯金酸合成金纳米粒子。
（2）金纳米粒子用保护剂包裹
步骤（1）合成的10nm金纳米粒子用钾盐溶液进行包裹使得在NaCl盐溶液中稳定存在。
（3）金纳米粒子偶联DNA
步骤（2）包裹的金纳米粒子和巯基修饰的DNA通过巯基（HS-）进行偶联形成金纳米粒子-DNA复合体。
（4）CdTe量子点偶联DNA
市售的CdTe量子点和DNA通过氨基（-NH3）进行偶联形成CdTe-DNA复合体。
（5）金纳米粒子和量子点的组装及表征
将步骤（3）制备出的金纳米粒子-DNA复合体和步骤（4）制备出的CdTe-DNA复合体进行杂交，形成好的组装结构，并对此结构进行表征。
所述的具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法：
（1）金纳米粒子合成
金纳米粒子的合成方案为：洁净的三口烧瓶中加入79mL超纯水和1mL 质量浓度1%氯金酸作为A液；取一洁净的小瓶子，加入4mL质量浓度1%柠檬酸三钠溶液，0.1mL质量浓度1%单宁酸溶液，0.1mL 25mM碳酸钾溶液和15.8mL超纯水作为B液；A、B液均加热到60℃，然后在高速搅拌下把B液迅速加入A液中，最终反应液在60℃下继续搅拌30min到形成深红色溶液；然后将溶液加热回流2min形成亮红色溶液；最后冷却到室温形成柠檬酸稳定的AuNPs，透射电镜显示AuNPs平均粒径10nm；
（2）金纳米粒子用保护剂包裹
钾盐包裹的金纳米粒子的制备：取步骤（1）制备的100nM的 AuNPs 5mL，加入5μL 40mg/mL二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐溶液，室温震荡10h，13000r/min离心10min后去除上清液，加超纯水恢复到原体积，制得钾盐包裹的AuNPs；
（3）金纳米粒子偶联DNA
取步骤（2）制备的钾盐包裹的AuNPs各50μL于两个PCR管中，分别加入1μL 10μmol/L的DNA1及DNA2，混匀后，分别向体系中加入 5μL 5×tris-硼酸缓冲液和1.25μL 2M NaCl溶液，室温振摇反应2h，13000r/min离心10min，去除上清液，加超纯水稀释至250μL，分别获得Au-DNA1、Au-DNA2；
（4）CdTe量子点偶联DNA
分别取30μL 20nM CdTe量子点加于两个PCR管中，分别加入0.3μL 20μM 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC，室温活化15min后，向两个PCR管中分别加入1.2μL 10μmol/L DNA3及DNA4，室温震荡3h，分别获得CdTe-DNA3、CdTe-DNA4；
（5）金纳米粒子和量子点的组装及表征
金纳米粒子和量子点的组装：
步骤（3）和步骤（4）制备的Au-DNA1、Au-DNA2、CdTe-DNA3、CdTe-DNA4，各自取20μL混合于PCR管中，再加入1.6μL 5×tris-硼酸缓冲液，混合均匀，90℃水浴5min，再在水蒸气中缓慢降到室温，获得金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构的具有手性信号的自组装纳米材料。
产品用投射电镜和圆二色谱仪进行表征。
本发明的有益效果：本发明提供一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法。通过对组装结构的手性分析，特别是对手性荧光纳米材料的研究，对构建新型手性纳米传感器有重要的意义。
附图说明
图1 典型的金纳米粒子和量子点的组装结构图。
图2 纳米材料组装结构的圆二色谱图。1、金纳米粒子和量子点组装的四面体结构；2、分散的金纳米粒子；3、金纳米粒子的二聚体
图3 纳米材料组装结构的紫外图。1、金纳米粒子紫外图；2、CdTe量子点紫外图；3、金纳米粒子与量子点组装的四面体结构。
具体实施方式
实施例1
（1）金纳米粒子的合成
金纳米粒子的合成方案为：洁净的三口烧瓶中加入79mL超纯水，1mL 1%氯金酸作为A液；取一洁净的小瓶子，加入4mL 1%柠檬酸三钠溶液，0.1mL 1%单宁酸溶液，0.1mL 25mM碳酸钾溶液和15.8mL超纯水作为B液。A、B液均加热到60℃，然后在高速搅拌下把B液迅速加入A液中，最终反应液在60℃下继续搅拌30min到形成深红色溶液。然后将溶液加热回流2min形成亮红色溶液。最后冷却到室温形成柠檬酸稳定的AuNPs，TEM显示AuNPs平均粒径10nm。
（2）钾盐包裹的金纳米粒子的制备
步骤（1）制备的10nm金纳米粒子取5mL（100nM），加入5μL 40mg/mL钾盐溶液（Bis(p-sulfonatophenyl)phenylphosphine dihydrate dipotassium salt），室温震荡10h。13000r/min离心10mins后去除上清液，加水恢复到原体积，制得钾盐包裹的AuNPs。
（3）金纳米粒子偶联DNA
取步骤（2）制备的钾盐包裹的AuNPs各50μL于两个PCR管中，分别加入1μL 10μmol/L的DNA1和DNA2，混匀后，分别向体系中加入 5μL 5×tris-硼酸缓冲液和1.25μL 2M NaCl溶液，室温振摇反应2h。13000r/min离心10min，去除上清液，加超纯水稀释至250μL，分别获得Au-DNA1、Au-DNA2。
（4）CdTe量子点偶联DNA
分别取30μL 20nM CdTe量子点加于两个PCR管中，分别加入0.3μL 20μM 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)，室温活化15min后，向两个PCR管中分别加入1.2μL 10μmol/L DNA3和DNA4，室温震荡3h，分别获得CdTe-DNA3、CdTe-DNA4。
（5）金纳米粒子和量子点的组装及表征
金纳米粒子和量子点的组装：
步骤（3）和步骤（4）制备的Au-DNA1、Au-DNA2、QD-DNA3、QD-DNA4各自取20μL混合于PCR管中，再加入1.6μL 5×tris-硼酸缓冲液，混合均匀，90℃水浴5min，再在水蒸气中缓慢降到室温，获得金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构的具有手性信号的自组装纳米材料。
金纳米粒子和量子点组装结构的表征：
将上述组装好的产品进行5000r/min离心6min，弃上清，沉淀重分散到120μL的超纯水中，水洗一次。电镜表征：7μL的上述处理过的样品滴加到碳膜支持的铜网上，在红外灯下进行干燥。投射电镜采用JEOL JEM-2100型号的电镜，其加速电压为200 kV。圆二色谱表征：取组装好的体系100μL于比色皿中，用水做空白对照。圆二色谱仪采用法国Bio-Logic MOS-450+SMF-300。
注：本发明所使用的DNA均购自中国上海生工生物工程有限公司，并通过聚丙烯酰胺凝胶电泳进行纯化。
表1  所用DNA的编号、序列及长度
编号序列(5’-3’)长度DNA1TTT GCC TGGAGA TAC ATG CAC ATT ACG GCT TTC CCT ATT AGA AGG TCT CAG GTG CGC GTT TCG GTAAGT AGA CGG GAC CAG TTC GCC87DNA2TTT CGC GCACCT GAG ACC TTC TAA TAG GGT TTG CGA CAG TCG TTC AAC TAG AAT GCC CTT TGG GCTGTT CCG GGT GTG GCT CGT CGG87DNA3TTT GGC CGAGGA CTC CTG CTC CGC TGC GGT TTG GCG AAC TGG TCC CGT CTA CTT ACC GTT TCC GACGAG CCA CAC CCG GAA CAG CCC87DNA4TTT GCC GTAATG TGC ATG TAT CTC CAG GCT TTC CGC AGC GGA GCA GGA GTC CTC GGC CTT TGG GCATTC TAG TTG AAC GAC TGT CGC87
DNA1：
5’-TTTGCCTGGA GATACATGCA CATTACGGCT TTCCCTATTA GAAGGTCTCA GGTGCGCGTT    60
TCGGTAAGTA GACGGGACCA GTTCGCC-3’                                    87
DNA2：
5’- TTTCGCGCAC CTGAGACCTT CTAATAGGGT TTGCGACAGT CGTTCAACTA GAATGCCCTT    60
TGGGCTGTTC CGGGTGTGGC TCGTCGG -3’                                  87
DNA3：
5’-TTTGGCCGAG GACTCCTGCT CCGCTGCGGT TTGGCGAACT GGTCCCGTCT ACTTACCGTT    60
TCCGACGAGC CACACCCGGA ACAGCCC-3’                                    87
DNA4：
5’-TTTGCCGTAA TGTGCATGTA TCTCCAGGCT TTCCGCAGCG GAGCAGGAGT CCTCGGCCTT    60
TGGGCATTCT AGTTGAACGA CTGTCGC-3’                                    87

Claims (2)

1.一种具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法，其特征在于包括金纳米粒子的合成、金纳米粒子修饰DNA、CdTe量子点修饰DNA、金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构并对其进行表征；工艺步骤为：
（1）金纳米粒子合成
用单宁酸和柠檬酸三钠还原氯金酸合成金纳米粒子；
（2）金纳米粒子用保护剂包裹
步骤（1）合成的10nm金纳米粒子用钾盐溶液进行包裹使得在NaCl盐溶液中稳定存在；
（3）金纳米粒子偶联DNA 
步骤（2）包裹的金纳米粒子和巯基修饰的DNA通过巯基HS-进行偶联形成金纳米粒子-DNA复合体；
（4）CdTe量子点偶联DNA 
市售的CdTe量子点和DNA通过氨基H3N-进行偶联形成CdTe-DNA复合体；
（5）金纳米粒子和量子点的组装及表征
将步骤（3）制备出的金纳米粒子-DNA复合体和步骤（4）制备出的CdTe -DNA复合体进行杂交，形成好的组装结构，并对此结构进行表征。
2.根据权利要求1所述的具有手性信号的自组装纳米材料的制备方法，其特征是：
（1）金纳米粒子合成
金纳米粒子的合成方案为：洁净的三口烧瓶中加入79mL超纯水和1mL 质量浓度1%氯金酸作为A液；取一洁净的小瓶子，加入4mL质量浓度1%柠檬酸三钠溶液，0.1mL质量浓度1%单宁酸溶液，0.1mL 25mM碳酸钾溶液和15.8mL超纯水作为B液；A、B液均加热到60℃，然后在高速搅拌下把B液迅速加入A液中，最终反应液在60℃下继续搅拌30min到形成深红色溶液；然后将溶液加热回流2min形成亮红色溶液；最后冷却到室温形成柠檬酸稳定的AuNPs，透射电镜显示AuNPs平均粒径10nm；
（2）金纳米粒子用保护剂包裹
钾盐包裹的金纳米粒子的制备：取步骤（1）制备的100nM的 AuNPs 5mL，加入5μL 40mg/mL二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐溶液，室温震荡10h，13000r/min离心10min后去除上清液，加超纯水恢复到原体积，制得钾盐包裹的AuNPs；
（3）金纳米粒子偶联DNA
取步骤（2）制备的钾盐包裹的AuNPs各50μL于两个PCR管中，分别加入1μL 10μmol/L的DNA1及DNA2，混匀后，分别向体系中加入 5μL 5×tris-硼酸缓冲液和1.25μL 2M NaCl溶液，室温振摇反应2h，13000r/min离心10min，去除上清液，加超纯水稀释至250μL，分别获得Au-DNA1、Au-DNA2；
（4）CdTe量子点偶联DNA
分别取30μL 20nM CdTe量子点加于两个PCR管中，分别加入0.3μL 20μM 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC，室温活化15min后，向两个PCR管中分别加入1.2μL 10μmol/L DNA3及DNA4，室温震荡3h，分别获得CdTe-DNA3、CdTe-DNA4；
（5）金纳米粒子和量子点的组装及表征
金纳米粒子和量子点的组装：
步骤（3）和步骤（4）制备的Au-DNA1、Au-DNA2、CdTe-DNA3、CdTe-DNA4，各自取20μL混合于PCR管中，再加入1.6μL 5×tris-硼酸缓冲液，混合均匀，90℃水浴5min，再在水蒸气中缓慢降到室温，获得金纳米粒子和CdTe量子点组装四面体结构的具有手性信号的自组装纳米材料；
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