CN107632148A - 规整排布的荧光标记dna‑金纳米阵列的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种规整排布的荧光标记DNA‑金纳米阵列的制备方法，包括负载氯金酸的嵌段共聚物胶束的制备、均匀的金纳米涂层的制备和荧光修饰的DNA‑金纳米阵列的制备。所获得的荧光标记DNA‑金纳米阵列具有生物相容性好、理化性能稳定、可控性强、重复性好、荧光信号强等特点，所得的产物能满足生物医学应用的需求。所用原料的生物安全性高，部分已是商业化产品。本发明方法的可控性强和优异重复性，能进一步满足生产和应用。

Description

规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法

技术领域

本发明涉及一种规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，以及所得产品和应用，具体涉及一种基于嵌段共聚物胶束自组装的金纳米阵列的制备及其荧光标记DNA分子的修饰方法。本发明属于纳米生物医学材料领域。

背景技术

由于与细胞外基质组分性质接近，合成高分子材料被广泛应用于组织工程与再生医学领域。合成高分子材料具有良好的稳定性，其降解速率、机械性能以及流变性质均可得到精确的调控，但合成材料对细胞的亲和力往往欠佳，植入体内后具有一定发生免疫排斥反应的风险。因此，对材料进行表面改性，提高其对细胞的亲和力，将推动合成高分子材料在组织修复和疾病治疗中的应用(Chemical Reviews, 2017, 117: 4376)。

从微观层面上来说，材料对细胞的亲和作用实际上是通过纳米尺度的分子相互作用表现出来的。对生物材料进行纳米修饰，是目前较为普遍的一种表面改性方法，它对于研究细胞与材料之间的相互作用以及促进生物材料的临床应用都具有很大的帮助。生物材料的纳米修饰通常是在材料表面构造纳米级的凸起、凹坑、沟槽以及有序的阵列结构等，技术手段主要有电子束刻蚀、软刻蚀、纳米光刻、纳米压印、嵌段共聚物胶束自组装等方法(Nature Materials, 2014, 13: 558)。

嵌段共聚物胶束自组装方法可以制备规整排布的纳米级金属、金属氧化物阵列(Nanotechnology, 2003, 14: 1153)。在此基础上，通过理化手段修饰一些生物分子，可以得到类似于生物芯片的纳米阵列；修饰一些荧光分子，则可以获得有序排布的荧光分子阵列。生物分子的参与能够显著提高材料对细胞的亲和力，有利于生物材料走向临床应用；荧光分子的介入会便于显微成像、分子影像的观察与分析，为材料与细胞及蛋白相互作用的研究提供便利，同时对于生物材料的体内研究也有很大的辅助作用。

DNA是基因的组成材料，用于储存和遗传生物信息。DNA具有良好的生物相容性，其构型和大小精确可控，且易于进行多种修饰，因此被广泛应用于生物医药领域，尤其是作为纳米诊疗系统、纳米载药系统、纳米医学器件的重要组成部分(Advanced Materials,2013, 25: 4386)。因此，基于嵌段共聚物胶束自组装技术以及一些化学手段，制备规整排布且荧光标记的DNA-纳米颗粒的有序阵列，对于生物材料与细胞相互作用机制的深入研究、纳米诊疗技术的发展以及纳米生物材料的临床与产业化推进都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供所述制备方法获得的产品。

本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，以嵌段共聚物PS-b-P2VP、三水合氯金酸以及一端修饰巯基、一端修饰荧光分子的DNA单链为原料，首先，以苯乙烯与2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物(PS-b-P2VP)作为模板，制备分散均匀的包载氯金酸(HAuCl₄)的两亲性胶束，所述的PS-b-P2VP的分子量为30000~300000；然后，通过纳米涂层制备，在基底表面形成规整排布的金纳米颗粒的六方点阵；最后，利用金与巯基的化学反应，形成荧光标记的DNA-金纳米阵列。

具体的包括以下步骤：

(1) 负载氯金酸的嵌段共聚物胶束的制备

所有玻璃器皿均使用浓硫酸与双氧水的混合液(体积比为3:1)彻底清洗，并用超纯水漂洗干净，称取一定量的PS-b-P2VP，加入20 mL无水甲苯，在室温下进行避光磁力搅拌24h，形成澄清透明的胶束溶液，在干燥环境中，向胶束溶液中加入一定量的三水合氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)，继续避光搅拌24 h，得到胶束内核负载有氯金酸的两亲性胶束溶液a；

(2) 均匀的金纳米涂层的制备

利用浸渍提拉镀膜机制备玻片表面的金纳米涂层，首先将仪器参数设定好，将清洗干净并充分吹干的玻片以一定的速度匀速下降浸入溶液中，再以一定的速度进行匀速上升提拉操作，玻片表面即涂覆上均匀的胶束单分子层，待甲苯挥发完全后，胶束会发生自组装，形成规整的六方点阵，进一步对涂层进行等离子体处理，可以将嵌段共聚物去除，并将氯金酸还原为单质金，得到均匀排列的金纳米阵列b；

(3) 荧光修饰的DNA-金纳米阵列的制备

将一端修饰巯基、一端修饰荧光分子的DNA单链配制成1 mL 100 μM的溶液，将金纳米阵列的玻片样品浸泡其中，避光静置30 min；再向其中加入50 mL 10 mM PBS，避光浸泡30min；继续向其中加入1 mg/mL PEG溶液，避光静置30 min。如此即可得到荧光修饰的DNA-金纳米阵列c。

通过改变嵌段共聚物的分子量与浓度、氯金酸的用量、涂层制备参数以及荧光修饰分子种类等，可以获得排布方式不同、荧光标记不同的一系列DNA-金纳米阵列。该纳米阵列具有生物相容性好、性能稳定、可控性强、重复性好、荧光信号强等特点。所得的产物能满足生物医学应用的需求。

所述的PS-b-P2VP的浓度为3~7 mg/mL。

所述的三水合氯金酸与2-乙烯基吡啶单元的摩尔比为0.3~0.7。

所述的涂层制备时玻片匀速上升的提拉速度为0.2~0.5 mm/s。

所述的DNA修饰的荧光分子可以为异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、Cy3、Cy5、Cy5.5中的一种。

本发明提供一种根据上述任一制备方法得到规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列。

本发明还提供所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的应用。

本发明的优点在于：

(1) 本发明采用胶束自组装法制备得到规整排布的金纳米阵列，并通过化学方法修饰荧光分子，制备出荧光标记的DNA-金纳米阵列。所用原料的生物安全性高，部分已是商业化产品。

(2) 本发明制备的纳米阵列具有良好的生物相容性、理化稳定性以及很强的荧光信号。

(3) 本发明方法可控性强、重复性好，能进一步满足生产和应用。

附图说明

图1为实施例1所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片；

图2为实施例2所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片；

图3为实施例3所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

所有玻璃器皿均使用浓硫酸与双氧水的混合液(体积比为3:1)彻底清洗，并用超纯水漂洗干净。称取140 mg PS(33300)-b-P2VP(11000)，加入20 mL无水甲苯，在室温下进行避光磁力搅拌24 h，形成澄清透明的胶束溶液，在干燥环境中，向胶束溶液中加入80 mg三水合氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)，继续避光搅拌24 h，得到胶束内核负载有氯金酸的两亲性胶束溶液a。

利用浸渍提拉镀膜机制备玻片表面的金纳米涂层：首先将仪器参数设定好，将清洗干净并充分吹干的玻片以2 mm/s的速度匀速下降浸入溶液中，再以0.5 mm/s的速度进行匀速上升提拉操作，玻片表面即涂覆上均匀的胶束单分子层。待甲苯挥发完全后，胶束会发生自组装，形成规整的六方点阵。进一步对涂层进行等离子体处理，可以将嵌段共聚物去除，并将氯金酸还原为单质金，得到均匀排列的金纳米阵列b。

将一端修饰巯基、一端修饰FITC的DNA单链（HS-DNA-FITC）配制成1 mL 100 μM的溶液，将金纳米阵列的玻片样品浸泡其中，避光静置30 min；再向其中加入50 mL 10 mMPBS，避光浸泡30 min；继续向其中加入1 mg/mL PEG溶液，避光静置30 min。如此即可得到荧光修饰的DNA-金纳米阵列c。

所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片如图1。

实施例2

所有玻璃器皿均使用浓硫酸与双氧水的混合液(体积比为3:1)彻底清洗，并用超纯水漂洗干净。称取80 mg PS(79000)-b-P2VP(36500)，加入20 mL无水甲苯，在室温下进行避光磁力搅拌24 h，形成澄清透明的胶束溶液。在干燥环境中，向胶束溶液中加入40 mg三水合氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)，继续避光搅拌24 h，得到胶束内核负载有氯金酸的两亲性胶束溶液a。

利用浸渍提拉镀膜机制备玻片表面的金纳米涂层。首先将仪器参数设定好，将清洗干净并充分吹干的玻片以2 mm/s的速度匀速下降浸入溶液中，再以0.4 mm/s的速度进行匀速上升提拉操作，玻片表面即涂覆上均匀的胶束单分子层。待甲苯挥发完全后，胶束会发生自组装，形成规整的六方点阵。进一步对涂层进行等离子体处理，可以将嵌段共聚物去除，并将氯金酸还原为单质金，得到均匀排列的金纳米阵列b。

将一端修饰巯基、一端修饰TRITC的DNA单链（HS-DNA-TRITC）配制成1 mL 100 μM的溶液，将金纳米阵列的玻片样品浸泡其中，避光静置30 min；再向其中加入50 mL 10 mMPBS，避光浸泡30 min；继续向其中加入1 mg/mL PEG溶液，避光静置30 min。如此即可得到荧光修饰的DNA-金纳米阵列c。

所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片如图2。

实施例3

所有玻璃器皿均使用浓硫酸与双氧水的混合液(体积比为3:1)彻底清洗，并用超纯水漂洗干净。称取60 mg PS(180000)-b-P2VP(77000)，加入20 mL无水甲苯，在室温下进行避光磁力搅拌24 h，形成澄清透明的胶束溶液。在干燥环境中，向胶束溶液中加入20 mg三水合氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)，继续避光搅拌24 h，得到胶束内核负载有氯金酸的两亲性胶束溶液a。

利用浸渍提拉镀膜机制备玻片表面的金纳米涂层。首先将仪器参数设定好，将清洗干净并充分吹干的玻片以2mm/s的速度匀速下降浸入溶液中，再以0.2 mm/s的速度进行匀速上升提拉操作，玻片表面即涂覆上均匀的胶束单分子层。待甲苯挥发完全后，胶束会发生自组装，形成规整的六方点阵。进一步对涂层进行等离子体处理，可以将嵌段共聚物去除，并将氯金酸还原为单质金，得到均匀排列的金纳米阵列b。

将一端修饰巯基、一端修饰Cy5的DNA单链（HS-DNA-Cy5）配制成1 mL 100 μM的溶液，将金纳米阵列的玻片样品浸泡其中，避光静置30 min；再向其中加入50 mL 10 mM PBS，避光浸泡30 min；继续向其中加入1 mg/mL PEG溶液，避光静置30 min。如此即可得到荧光修饰的DNA-金纳米阵列c。

所制备的纳米阵列的扫描电子显微镜图片如图3。

Claims (8)

1.一种规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，其特征在于：以嵌段共聚物PS-b-P2VP、三水合氯金酸以及一端修饰巯基、一端修饰荧光分子的DNA单链为原料，首先，以苯乙烯与2-乙烯基吡啶的嵌段共聚物(PS-b-P2VP)作为模板，制备分散均匀的包载氯金酸(HAuCl₄)的两亲性胶束，所述的PS-b-P2VP的分子量为30000~300000；然后，通过纳米涂层制备，在基底表面形成规整排布的金纳米颗粒的六方点阵；最后，利用金与巯基的化学反应，形成荧光标记的DNA-金纳米阵列。

2.根据权利要求1所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，包括以下步骤：

(1) 负载氯金酸的嵌段共聚物胶束的制备

所有玻璃器皿均使用体积比为3:1人浓硫酸与双氧水的混合液彻底清洗，并用超纯水漂洗干净，称取一定量的PS-b-P2VP，加入20 mL无水甲苯，在室温下进行避光磁力搅拌24h，形成澄清透明的胶束溶液，在干燥环境中，向胶束溶液中加入一定量的三水合氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)，继续避光搅拌24 h，得到胶束内核负载有氯金酸的两亲性胶束溶液a；

(2) 均匀的金纳米涂层的制备

利用浸渍提拉镀膜机制备玻片表面的金纳米涂层，首先将仪器参数设定好，将清洗干净并充分吹干的玻片以一定的速度匀速下降浸入溶液中，再以一定的速度进行匀速上升提拉操作，玻片表面即涂覆上均匀的胶束单分子层，待甲苯挥发完全后，胶束会发生自组装，形成规整的六方点阵，进一步对涂层进行等离子体处理，将嵌段共聚物去除，并将氯金酸还原为单质金，得到均匀排列的金纳米阵列b；

(3) 荧光修饰的DNA-金纳米阵列的制备

将一端修饰巯基、一端修饰荧光分子的DNA单链配制成1 mL 100 μM的溶液，将金纳米阵列的玻片样品浸泡其中，避光静置30 min；再向其中加入50 mL 10 mM PBS，避光浸泡30min；继续向其中加入1 mg/mL PEG溶液，避光静置30 min。如此即可得到荧光修饰的DNA-金纳米阵列c。

3.根据权利要求1或2所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，其特征在于所述的PS-b-P2VP的浓度为3~7 mg/mL。

4.根据权利要求2所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，其特征在于所述的三水合氯金酸与2-乙烯基吡啶单元的摩尔比为0.3~0.7。

5.根据权利要求2所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，其特征在于在涂层制备时，玻片匀速上升的提拉速度为0.2~0.5 mm/s。

6.根据权利要求2所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的制备方法，其特征在于所述的DNA修饰的荧光分子为异硫氰酸荧光素(FITC)、四甲基异硫氰酸罗丹明(TRITC)、Cy3、Cy5、Cy5.5中的一种。

7.一种根据权利要求1-6任一所述制备方法得到的规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列产物。

8.根据权利要求7所述规整排布的荧光标记DNA-金纳米阵列的应用。