CN107470648B - 一种dna功能化金纳米团簇及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DNA功能化金纳米团簇及其制备方法，其技术方案是以氯金酸为金源；以碱基数少于60、5’端修饰巯基的单链DNA作为核酸类大分子配体；以含巯基水溶性有机小分子为有机小分子配体；在碱性溶液条件下以硼氢化钠做还原剂进行还原反应而制备DNA功能化金纳米团簇。该技术方案优点是填补现有金纳米团簇（AuNCs）相关产品及其制备技术的空白。

Description

一种DNA功能化金纳米团簇及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体是指一种DNA功能化金纳米团簇及其制备方法。
背景技术
金纳米团簇（AuNCs）是由几个到几十个金原子组成核心，由有机分子作为保护基团组合而成的分子级聚集体。AuNCs 不仅具有金属核-有机壳结构、比表面积大、易于表面修饰等优点，而且表现出光稳定性好、荧光亮度高等特性。AuNCs在生物传感及成像、细胞内药物传送、活细胞成像和细胞跟踪、癌症治疗、超灵敏分子诊断以及图像指导治疗等领域有广泛的应用前景。
当前， AuNCs的主流制备方法通常以氯金酸为金源，以带有巯基的有机分子为配体。这种方法不仅可以获得原子精确的AuNCs，而且可以通过对配体和实验条件的选择实现对其物理化学性质的调控。例如，Li和Wu等人分别以有机小分子二氢硫辛酸和谷胱甘肽为配体制备AuNCs（参看Li S, et al. One-pot synthesis of near-infrared fluorescentgold clusters for cellular fluorescence lifetime imaging. Small, 2011, 7:2614–2620 ；Wu Z, et al. On the ligand’s role in the fluorescence of goldnanoclusters. Nano Lett. 2010, 10, 2568–2573）。另外，陈伟等人也发明了一系列采用有机小分子为配体的AuNCs，采用的配体包括巯基丙酸（参看中国专利申请号CN105199716A，3-巯基丙酸-牛血清白蛋白-金纳米团簇及其制备方法）；硫代胸腺嘧啶（参看中国专利申请号CN105860959A，精氨酸/6-氮杂-2-硫代胸腺嘧啶-金纳米团簇及其制备方法）；甲硫氨酸（参看中国专利申请号CN103611946A，甲硫氨酸保护的金纳米团簇荧光材料的制备方法）等。Xie和Kawasaki等人则分别以牛血清蛋白和胃蛋白酶制备AuNCs（参看Xie J P, et al. Protein-directed synthesis of highly fluorescent goldnanoclusters. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 888–889 ；Kawasaki H, et al.ph-dependent synthesis of pepsin-mediated gold nanoclusters with blue green andred fluorescent emission. Adv. Funct. Mater. 2011, 21: 3508-3515）。
综上所述，当前制备AuNCs所采用的配体均为有机小分子或蛋白类大分子，而以核酸类大分子（如DNA）为配体的AuNCs尚未见报道。
DNA作为一种智能高分子，具备重要的生物学功能、生物相容性、分子识别能力以及可调控性，使其成为各领域研究的热点。在实际应用中，DNA具有尺度小、结构稳定而灵活、编码性强、易于操作的优势。
为此，本发明方法所制备的DNA-AuNCs将兼具DNA和AuNCs两者的特性和优势，具有广泛和诱人的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了填补现有金纳米团簇（AuNCs）相关产品及其制备技术的空白，而提供一种DNA功能化金纳米团簇制备方法，具有工艺简单、制备速度快、产品质量稳定等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案是以氯金酸为金源；以碱基数少于60、5’端修饰巯基的单链DNA作为核酸类大分子配体；以含巯基水溶性有机小分子为有机小分子配体；在碱性溶液条件下以硼氢化钠做还原剂进行还原反应而制备DNA功能化金纳米团簇。
该还原反应化学反应式为8HAuCl4 + 3NaBH4 + 9H2O = 8Au + 3H3BO3 + 3NaCl +29HCl。
进一步设置是所述的金源为浓度为20 毫摩尔/升的氯金酸水溶液，所述的核酸类大分子配体为浓度为100微摩尔/升的单链DNA水溶液。
进一步设置是所述的含巯基水溶性有机小分子为6-巯基己酸、3-巯基丙酸，8-巯基辛酸，11-巯基十一酸，L-半胱氨酸, L-还原型谷胱甘肽或2-巯基乙醇。
进一步设置是包括以下步骤：
（1） 配制浓度为20 毫摩尔/升的氯金酸水溶液； 配制浓度为100微摩尔/升含单链DNA的核酸类大分子配体水溶液、其中单链DNA碱基数少于60、5’端修饰巯基；配制浓度为5毫摩尔/升的含巯基水溶性有机小分子水溶液，该含巯基水溶性有机小分子为6-巯基己酸水溶液、3-巯基丙酸、8-巯基辛酸、11-巯基十一酸、L-半胱氨酸、 L-还原型谷胱甘肽或2-巯基乙醇；配置1 摩尔/升氢氧化钠水溶液；配置114 毫摩尔/升的硼氢化钠水溶液；
（2）在反应容器中，依次加入所述0.25毫升氯金酸水溶液、1 - 2 毫升所述有机小分子配体水溶液和140 - 350微升所述核酸类大分子配体水溶液，混合均匀，磁力搅拌，转速300 转/分钟；半小时后，依次加入0.3毫升氢氧化钠水溶液和0.1毫升硼氢化钠水溶液；磁力搅拌，转速700 转/分钟，室温反应8 - 24 小时，产物即为DNA功能化金纳米团簇。
本发明还提供一种DNA功能化金纳米团簇，其特征在于：以金纳米团簇为基体，以单链DNA作为修饰体，通过金硫键连接。
本方法针对目前没有核酸类大分子修饰AuNCs的相关产品和技术的现状，以氯金酸为金源、单链DNA为配体发明一种DNA-AuNCs的制备方法。本发明方法的创新点有：1）首次开发了一种核酸类大分子功能化AuNCs的制备方法；2）首次采用单链DNA与有机小分子共配体的方法对AuNCs进行DNA修饰；3）制备实验采用的溶剂均为水，经济环保。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1优选实施例产物DNA-AuNCs的透射电镜图（图1中，a：放大倍数15万倍；b：放大倍数100万倍）；
图2 优选实施例的产物DNA-AuNCs的紫外光谱图；
图3 实施例1的产物DNA-AuNCs的紫外光谱图；
图4 实施例2的产物DNA-AuNCs的紫外光谱图；
图5 实施例3的产物DNA-AuNCs的紫外光谱图；
图6 实施例4的产物DNA-AuNCs的紫外光谱图；
图7 本发明所制备的DNA-AuNCs的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
以下优选实施例和实施例中，均选用序列为5'-GGTTGGTGTGGTTGG-3'（5'修饰巯基）作为核酸大分子配体的代表，浓度100微摩尔/升。选用6-巯基己酸作为有机小分子配体的代表，浓度5毫摩尔/升。涉及的其他试剂及其浓度如下： 配制氯金酸水溶液，20 毫摩尔/升；氢氧化钠水溶液，1 摩尔/升；硼氢化钠水溶液，114 毫摩尔/升。
优选实施例
制备步骤如下：2.3 mL超纯水加入三口烧瓶中，依次加入0.25毫升氯金酸水溶液、2 毫升6-巯基己酸和350微升DNA水溶液，混合均匀，磁力搅拌，转速300 转/分钟；半小时后，依次加入0.3毫升氢氧化钠水溶液和0.1毫升硼氢化钠水溶液；磁力搅拌，转速700 转/分钟，室温反应12小时，获得产物即为DNA-AuNCs。
优先实施例产物的透射电镜测试图和紫外光谱分别如图1和2所示。图1显示，制备获得的DNA-AuNCs（图中黑点）的粒径分布均匀，互相独立无团聚，尺寸为2 nm左右。图2显示，DNA-AuNCs的紫外光谱图在440 和670 nm处出现了吸收峰，与文献报道的AuNCs吸收特征峰一致，同时在255 nm处出现的吸收峰为单链DNA特征峰。上述DNA-AuNCs的测试实验结果显示，通过本发明专利的技术方案，成功对AuNCs表面进行了单链DNA修饰，获得了性能良好的DNA-AuNCs。
实施例1
本实施例的主要操作步骤和条件同优先实施例，但是其中6-巯基己酸的添加量由2毫升变为1毫升。实施例1 产物DNA-AuNCs的紫外光谱如图3所示。
实施例2
本实施例的主要操作步骤和条件同实施例1，但是其中DNA水溶液的添加量由350微升变为140微升。实施例2 产物DNA-AuNCs的紫外光谱如图4所示。
实施例3
本实施例的主要操作步骤和条件同优先实施例，但是反应时间由12小时变为8小时。实施例3 产物DNA-AuNCs的紫外光谱如图5所示。
实施例4
本实施例的主要操作步骤和条件同优先实施例，但是反应时间由12小时变为24小时。实施例4 产物DNA-AuNCs的紫外光谱如图6所示。
实施例1-4的产物DNA-AuNCs紫外光谱（图3-6）均显示，440 和670 nm处出现了吸收峰，与文献报道的AuNCs吸收特征峰一致，同时在255 nm处出现的吸收峰为单链DNA特征峰。上述DNA-AuNCs的测试实验结果显示，通过本发明专利的技术方案，成功对AuNCs表面进行了单链DNA修饰，获得了性能良好的DNA-AuNCs。

Claims (1)

1.一种DNA功能化金纳米团簇制备方法，其特征在于其制备方法包括以下步骤：
（1） 配制浓度为20 毫摩尔/升的氯金酸水溶液； 配制浓度为100微摩尔/升核酸类大分子配体水溶液；配制浓度为5毫摩尔/升的含巯基水溶性有机小分子水溶液，该含巯基水溶性有机小分子为6-巯基己酸、3-巯基丙酸、8-巯基辛酸、11-巯基十一酸、L-半胱氨酸、 L-还原型谷胱甘肽或2-巯基乙醇；配置1 摩尔/升氢氧化钠水溶液；配置114 毫摩尔/升的硼氢化钠水溶液；所述核酸类大分子配体水溶液的核酸类大分子配体为单链DNA,其序列为5'-GGTTGGTGTGGTTGG-3'；
（2）在反应容器中，依次加入0.25毫升所述氯金酸水溶液、1 - 2 毫升所述有机小分子配体水溶液和140 - 350微升所述核酸类大分子配体水溶液，混合均匀，磁力搅拌，转速300转/分钟；半小时后，依次加入0.3毫升氢氧化钠水溶液和0.1毫升硼氢化钠水溶液；磁力搅拌，转速700 转/分钟，室温反应8 - 24 小时，产物即为DNA功能化金纳米团簇。
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