CN108020258A - 制备偏光下可视的图案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制备偏光下可视的图案的方法，并首先公开了制备DNA图案基底的方法，其包括：分别提供基底、表面具有图案的PDMS印章、12‑巯基十二酸溶液和能够与基底表面结合的DNA；获得经过处理的PDMS印章；使经过处理的PDMS印章与基底的表面接触，得到表面具有图案的亲水基底；获得具有DNA表面层的DNA图案基底。利用该方法能够有效制备获得具有DNA表面层的DNA图案基底。进而，利用与该DNA图案基底的DNA表面层的DNA至少存在12bp的序列互补的DNA双亲分子制备的DNA液晶液滴与该DNA图案基底接触能够使该DNA图案基底表面在偏光下呈现目的图案。

Description

制备偏光下可视的图案的方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体而言，涉及液晶液滴图案化压印技术领域，更具体地，涉及制备偏光下可视的图案的方法。

背景技术

在外界刺激下，液晶取向的改变可以传递和放大到微米尺度范围，其伴随的光学信号变化可用于化学、生物检测。液晶液滴在被检测物存在下，可利用光学显微镜观测液晶取向变化从而实现检测目的。如何使液晶实现刺激响应、检测、防伪乃至信息显示功能等具有重要应用意义的领域，是需要长期探索与研究的科学问题。

目前，利用液晶构建出具有潜在响应性的智能表面，进而制备偏光下可视图案的方法仍有待研究。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用液晶构建具有潜在响应性的智能表面，进而制备偏光下可视图案的手段。

需要说明的是，本发明是基于发明人的下列发现和工作而完成的：

随着科学技术的稳步发展，人们对智能生活的要求越来越高，具有智能响应与检测功能的体系也受到了越来越多的重视。液晶除了作为显示材料之外，近年来已逐渐被用于响应与检测领域。液晶是介于固态晶体和无定形液体之间的一种特殊物质相态，处于该相态的物质兼有液体的流动性和晶体的各向异性。液晶在外界刺激下，其取向的改变可以传递和放大到微米尺度范围，其伴随的光学信号变化可用于化学、生物检测，因此将液晶作为特殊的检测基元应用于构建生物传感器引起了科学界的关注。

自1998年Abbott实验室首次提出将液晶用于生物传感器领域以来，在利用液晶-水相界面实现检测方面已取得了重要的研究成果。液晶生物传感是基于液晶分子在功能膜表面排列取向发生变化，改变液晶分子对光线的折射能力，将界面上产生的反应变化信息转换成光学信号变化，实现对目标物的检测，如可实现对蛋白质大分子、细菌和病毒、酶反应、DNA杂化、干细胞培养等的检测。最近，芝加哥大学分子工程研究所(IME)的J.J.dePablo教授报道液晶作为检测器完成了对淀粉样蛋白的成功检测，而这种蛋白是与神经退行性疾病如阿兹海默症(又称老年痴呆症)的患病密切相关，这一研究成果表明液晶在不远的将来有望用于阿兹海默症的前期诊断。

液晶液滴作为另一种具有高曲率液晶-水相界面的形式已受到研究者越来越多的重视。当液晶液滴与双亲分子组装时液晶分子会发生取向变化，液晶液滴会由无双亲分子诱导时的两极缺陷转变成中心缺陷，这种取向转变在偏光显微镜下可清晰观察到。发明人研究发现，当直径8μm的4’-正戊基-4-氰基-联苯(5CB)液滴在水中时，由于液晶本身的取向性，液晶分子会沿液滴轴向排列，由于液滴的高曲率，在液滴两极处的液晶分子无法有序排列，呈现无序状态，即在液滴表面呈现两极缺陷，形成双极点构型(bipolarconfiguration)，在光学显微镜下可观察到两端较暗。当两亲性的内毒素分子与液晶液滴组装时，6条疏水性的烷基链会嵌入液晶液滴中，诱导液晶分子沿半径方向排列，形成放射状构型，白光下可观察到液滴中心较暗，偏光下可发现液晶液滴呈现出“十”字图案。液晶液滴与高分子、生物分子等相互作用时同样会发生取向的变化。这种取向变化带来的检测特性使液晶液滴具有了更重要的研究价值和应用前景。

DNA作为遗传信息的载体，其研究主要集中在生物学范畴。直到上世纪80年代，美国纽约大学的Seeman教授从高分子的角度对DNA提出了一个全新的概念，他认为DNA是一类结构精确、组成确定而且形貌可以调控的线型高分子，诞生了“结构DNA纳米技术”(Structural DNA Nanotechnology)新领域。自此，DNA分子所具有的独特的结构和性质引起了化学家和材料学家的重视，DNA分子作为一种新型的组装材料，并逐渐实现了其在生物体系以外的新的功能。DNA独特的性质主要包括以下几个方面：①DNA是一类结构确定的纳米材料，DNA双螺旋结构的直径和周期都具有精确的纳米尺寸。例如，DNA双螺旋分子的平均直径为2nm，绕中心轴每旋转一周有10.4个核苷酸，螺距为3.4nm；②DNA具有序列的可编程性，高度精确的识别能力和结构可调控性，在DNA分子中，常见的碱基有腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)四种，其中A与T、G与C能通过氢键特异性的互补配对。DNA的碱基序列就决定了它与其它DNA通过互补形成的结构；③DNA序列的功能性，核酸适配体(aptamer)序列能选择性地结合相应的配体，在外界环境如温度、pH值、离子强度和生物分子等刺激下，构象发生改变，产生特定的响应性；④DNA分子的合成、修饰技术飞跃进步，对于100个碱基以下的DNA合成可以在实验室中完成。并且DNA目前已达到商业化，便于获得所需要的DNA序列来开展相关的研究。基于DNA的以上特殊性质，经过近三十年的努力，DNA已成为一种智能响应材料的新型构筑单元。

表面图案化技术是近年来科学技术中的一个研究热点，其在数据信息存储，光电子器件和生物芯片等方面有着广泛的应用。构筑图案化表面的方法有很多种，其中微接触印刷(Microcontact Printing，μCP)是用能在基片上形成自组装膜的分子或粒子作为墨水，通过简单的压印过程，将印章上的微图案转移到基片上的一种技术。聚二甲基硅氧烷(poly-dimethylsiloxane，PDMS)印章是实现μCP最主要的印章材料，它可以用来压印亚微米到微米级的表面图案。μCP的具体过程如下：首先是采用光刻技术制备出带有图案的硅模板，然后在模板上浇铸PDMS的预聚体和交联剂，交联固化后将PDMS从模板上剥离，在弹性PDMS印章表面蘸上分子或粒子的溶液，待溶液挥发后将PDMS与基片表面紧密贴合，这样在两者接触的部分就能将分子或粒子转移至基片，移去印章后就在基片表面留下了与模板相对应的图案。

μCP技术是进行基底图案化印刷的有效方法，不但具有快速廉价的优点，而且还不需要具备超净间这样的苛刻条件，甚至不需要绝对平整的表面，对实验条件要求低，不需要昂贵的实验仪器，工艺流程简单，操作快速灵活，可形成精细结构的图案化表面，能够在不同化学性质表面上应用，从而实现对基底表面的修饰。因而μCP是一种更加灵活有效，且应用广泛的制备图案化表面的方法，在材料科学、生物技术、光学系统以及微电子系统等领域中具有重要应用。

发明人经过一系列研究，已首次将DNA引入液晶液滴体系，并针对DNA-双亲分子修饰的液晶液滴已展开了相关工作，包括DNA-双亲分子的合成以及DNA-双亲分子修饰的液晶液滴的制备等工作。发明人通过设计DNA序列，已实现了液晶液滴在目标物的外界刺激下进行分散和聚集的转变，并尝试了温度、汞离子、pH、限制性内切酶和ATP的刺激响应研究。

进而，通过前期的研究积累，发明人首次提出将液晶液滴、DNA与μCP技术相结合的观点，利用DNA序列的可设计与特异性结合的特性，将液晶液滴图案化组装在基底上，具有当有外界刺激时，基底表面的图案会发生变化，从而获得具有响应性表面的潜力。该方法不仅可以适用于多种液晶，更是可以利用DNA可设计性完成对检测物的响应，引入响应性基元会使该体系具有更加多样的响应性，如偶氮苯。这种方法较溶液中检测具有更简便、使用量少、可重复利用的优势，从而为刺激响应、检测和产品防伪提供新方法与新思路。

因而，在本发明的第一方面，本发明提供了一种制备DNA图案基底的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：分别提供基底、表面具有图案的PDMS印章、12-巯基十二酸溶液和能够与基底表面结合的DNA；使所述表面具有图案的PDMS印章的表面蘸取所述12-巯基十二酸溶液，以便获得经过处理的PDMS印章；使所述经过处理的PDMS印章与所述基底的表面接触，然后揭去印章，以便得到表面具有图案的亲水基底；将所述表面具有图案的亲水基底与所述能够与基底表面结合的DNA接触，以便获得具有DNA表面层的所述DNA图案基底。

发明人惊奇地发现，利用该方法能够有效制备获得具有DNA表面层的DNA图案基底。进而，利用与该DNA图案基底的DNA表面层的DNA至少存在12bp的序列互补的DNA双亲分子制备的DNA液晶液滴，与该DNA图案基底接触，并将吸附液晶液滴的DNA图案基底置于室温下，即能够使所述DNA图案基底表面在偏光下呈现目的图案。从而，有效制备获得偏光下可视的图案。

根据本发明的实施例，所述基底为金基底、玻璃基底或硅基底。其中，金基底可使用巯基修饰的DNA进行操作；玻璃基底的，则可预先进行一系列的处理，包括偶氮修饰、醛基修饰、疏水修饰等；硅基底的，可预先进行巯基化学修饰。

根据本发明的一些具体示例，所述基底为金基底，所述能够与基底表面结合的DNA为巯基DNA。在本文中所采用的术语“金基底”是指具有金表面的基底。此外，需要说明的是，当采用巯基DNA作为能够与基底表面结合的DNA时，该SH-DNA不会取代12-巯基十二酸，这是因为：硫醇碳链越长，吸附自由能ΔG越小(为负值，绝对值越大)，越易吸附在Au基底上。并且，从相关使用DNA和硫醇进行共修饰的文献中，可以发现学者们认为与硫醇共修饰有助于促使巯基DNA竖直排列在基底上，更有利于DNA链段的互补配对，并未提及巯基DNA会取代已修饰上的硫醇这一问题。在本发明的一个实施例中，使用的是先压印2mM的12-巯基十二酸，随后在整个区域上滴涂SH-DNA(即巯基DNA)，该DNA的浓度为1μM，以使未压印12-巯基十二酸的区域可以修饰上DNA。发明人认为巯基DNA会有取代12-巯基十二酸的可能性(因为巯基DNA的分子大小远远大于12-巯基十二酸)，但是在实验设计中，巯基DNA的浓度是12-巯基十二酸的1/2000，同时2mM的12-巯基十二酸的压印操作可在Au基底上铺满12-巯基十二酸分子，能够进一步修饰巯基DNA的基底和取代下来的12-巯基十二酸分子少之又少，所以，发明人认为即使巯基DNA发生了极少部分的取代12-巯基十二酸的现象，造成在原压印过12-巯基十二酸的区域掺入极少的巯基DNA，这种影响完全可以忽略，依然可以与裸露区域的Au上修饰的巯基DNA形成明显的对比现象(吸附液晶液滴的多少)。

根据本发明的实施例，所述巯基DNA可以是乙炔基修饰，由此其可与偶氮修饰的玻璃基底发生Click反应；所述巯基DNA可以是氨基修饰，由此其可与醛基修饰的玻璃基底发生醛胺缩合；所述巯基DNA可以是烷基链修饰，由此其可与疏水修饰的玻璃基底发生疏水相互作用；所述巯基DNA可以是生物素修饰，由此，在亲和素存在的条件下，可与生物素修饰的硅基底发生特异性相互作用。因而，根据本发明的一些具体示例，所述巯基DNA被选自巯基、乙炔基、氨基、烷基链或生物素的至少之一修饰。

根据本发明的一些具体示例，所述巯基DNA的核酸序列为：TACACATCTACTTCACCA。

根据本发明的实施例，所述巯基DNA经过预处理。根据本发明的一些具体示例，所述预处理是利用二硫苏糖醇使所述巯基DNA进行二硫键的还原反应。

根据本发明的实施例，所述12-巯基十二酸溶液为12-巯基十二酸的乙醇溶液。

根据本发明的实施例，使所述经过处理的PDMS印章与所述基底的表面接触20-40秒，优选30秒。由此，接触效果好，获得的DNA图案基底更利于后续偏光可视图案的制备。

根据本发明的实施例，将所述表面具有图案的亲水基底与所述巯基DNA接触，是通过将所述表面具有图案的亲水基底浸泡于所述巯基DNA的PBS溶液中8-24小时，优选16小时实现的。由此，接触效果好，获得的DNA图案基底更利于与偏光可视图案的制备。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种DNA图案基底。根据本发明的实施例，其是通过前面所述的制备DNA图案基底的方法制备获得的。由此，获得的DNA图案基底能够有效与该DNA图案基底的DNA表面层的DNA至少存在12bp的序列互补的DNA双亲分子制备的DNA液晶液滴接触，从而制备偏光下可视的图案。

在本发明的第三方面，本发明提供了一种DNA液晶液滴。根据本发明的实施例，该DNA液晶液滴通过如下方法制备获得：将DNA双亲分子与液晶材料混合，并进行乳化，以便得到所述DNA液晶液滴，其中，所述DNA双亲分子与前面所述的DNA图案基底的DNA表面层的巯基DNA至少存在12bp的序列互补。由此，获得的DNA液晶液滴能够有效和具有与DNA双亲分子至少存在12bp的序列互补的DNA表面层的DNA图案基底接触，从而制备偏光下可视的图案。

根据本发明的实施例，所述DNA双亲分子为DNA-C18，其亲水端为DNA链端，其疏水端为C18链端。由此，有利于DNA液晶液滴与DNA图案基底的接触。

根据本发明的一些具体示例，所述DNA双亲分子的核酸序列为TGGTGAAGTAGATGTGTA。由此，DNA双亲分子与前面所述的DNA图案基底的DNA表面层的巯基DNA核酸序列(TACACATCTACTTCACCA)满足至少存在12bp的序列互补的要求，有利于DNA液晶液滴与DNA图案基底的接触以及偏光下可视的图案的制备。

根据本发明的实施例，所述液晶材料为5CB液晶、TL205液晶或E7液晶，优选5CB液晶。需要说明的是，5CB即4’-正戊基-4-氰基联苯，是一种常用的向列相液晶，E7和TL205是两种可商业购买到的混合液晶。其中，E7是由4’-正庚基-4-氰基联苯(7CB)、E7是由4’-正庚基-4-氰基联苯(7CB)、4’-正戊基-4-氰基联苯(5CB)、4-正辛氰基-4’-氰基联苯(80CB)和4’-正戊基-4-氰基三联苯(5CT)按一定比例组成的向列相液晶。TL205是一种含F的混合热致液晶。

在本发明的第四方面，本发明提供了一种制备偏光下可视的图案的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：获得表面具有目的图案的PDMS印章；根据前面所述的制备DNA图案基底的方法，利用所述表面具有目的图案的PDMS印章制备DNA图案基底；获得前面所述的DNA液晶液滴，所述DNA双亲分子与所述DNA图案基底的DNA表面层的巯基DNA至少存在12bp的序列互补；使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触，以便获得吸附液晶液滴的DNA图案基底；将所述吸附液晶液滴的DNA图案基底置于室温下，则所述DNA图案基底表面能够在偏光下呈现所述图案。

根据本发明的实施例，在使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触之前，预先将所述DNA液晶液滴用PBS缓冲液进行稀释。由此，接触效果好。

根据本发明的实施例，将所述DNA液晶液滴用PBS缓冲液进行10倍稀释。

根据本发明的实施例，使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触3-8分钟，优选5分钟。由此，接触效果好。

需要强调的是，本发明是基于发明人的发现和一系列的科学实验设计和研究实现的。发明人认为，在外界刺激下，液晶取向的改变可以传递和放大到微米尺度范围，其伴随的光学信号变化可用于化学、生物检测。液晶液滴在被检测物存在下，可利用光学显微镜观测液晶取向变化从而实现检测目的。DNA除了作为生物体遗传信息的载体之外，由于其具有序列的可编程性、功能性、高度精确的识别能力以及合成修饰技术的发展，DNA已逐渐成为一种新型的组装材料，应用在智能响应材料领域更是毋庸置疑。如何将液晶的优异特性与DNA功能性结合起来实现刺激响应、检测、防伪乃至信息显示功能等具有重要应用意义的领域，是需要长期探索与研究的科学问题。而发明人首次将DNA、液晶液滴与微接触印刷技术相结合，通过对DNA序列的设计和对基底进行DNA图案化，将DNA修饰的液晶液滴引入基底表面，构建出具有潜在响应性(如温度、离子、pH和生物分子等)的智能表面，为表面信息的可视化、可读写功能、产品防伪甚至构建检测试剂盒奠定了基础。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明实施例的制备偏光下可视的图案的方法(也即压印实验)的流程示意图；

图2示出了实施例1中的DNA-C18质谱图；

图3示出了实施例1中，液晶液滴表面组装有DNA-双亲分子，在R1、R2存在下，其互补配对引起液晶液滴聚集的示意图；

图4示出了实施例1中，Au表面、压印12-巯基十二酸后的金表面、和修饰SH-DNA后的金表面的接触角照片；以及

图5示出了实施例1中，Au表面由于5CB液滴吸附显示出的图案的偏光照片。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

根据本发明的制备偏光下可视的图案的方法，制备偏光下可视的图案。包括：利用乳化法制备出表面由DNA-双亲分子修饰的4’-正戊基-4-氰基联苯(5CB)液晶液滴，再采用微接触印刷技术将12-巯基十二酸与DNA通过硫金键实现与金基底的结合，最后通过DNA的碱基互补配对原则，将带有与基底上DNA链段互补的DNA链段的液晶液滴组装在金基底表面，示意图见图1。这种方法可实现基底图案的可视化与基底信息的选择性显示的功能，将图案化基底与液晶材料相结合，为制备便携式纳米检测器件提供新思路与应用前景。

其中，图1示出了压印实验示意图。如图1所示，(A)DNA-C18乳化的5CB液滴加在图案化的金基底上，(B)5CB液滴上的DNA链段与基底上的DNA链段互补结合，(C)偏光下观察时修饰有可互补的SH-DNA链段的图案区域呈现明亮颜色。

具体地，制备偏光下可视的图案的步骤如下：

一、制备DNA双亲分子DNA-C18乳化的5CB液滴

1、DNA-双亲分子DNA-C18的合成与表征

DNA设计合成部分，目前已有成熟的软件与合成技术。疏水分子与DNA的连接，选用固相合成技术(Solid Phase Synthesis)。将核心为羟基的疏水分子与2-氰乙基-N,N-二异丙基氯代亚磷酰胺反应得到亚磷酰胺活化试剂。随后，将疏水分子亚磷酰胺活化试剂与负载于可控孔度玻璃(CPG)小球上的DNA进行固相合成。依次通过四唑的活化、碘水氧化、浓氨水脱保护基团和切掉CPG小球，最终可得产物。随后通过HPLC纯化，变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和MALDI-TOF MS进行表征。发明人已经完成了对DNA-双亲分子DNA-C18的合成工作。

2、5CB液滴的制备

将10μL 5CB加入到50μL 20μM DNA双亲分子DNA-C18中，用细胞破碎仪20％功率乳化30s以制备液晶液滴；取1μL 100μM R1和1μL 100μM R2混合后，加入8mL PBS溶液(pH＝7.40)，混合后，配成20μM linker(R1+R2)溶液，静置5min左右让其自主装形成linker。取5μL 20μM linker(R1+R2)溶液，加入5μL 5CB液滴，等待约30s后进行肉眼观测。

下表1中为本实验中所使用的DNA序列。

表1DNA序列

其中，上表中序号1-5为本实验所用到的DNA序列，其中1和2作为实验组，2和3作为对照组，4和5用来验证制备出的5CB液滴可实现DNA碱基互补配对的性能。本试验将可以和DNA-C18互补的由R1、R2形成的linker加入5CB液滴中，静置30s左右，液晶液滴会发生明显的肉眼可见的聚集现象。

二、DNA图案基底的制备

1、巯基DNA的预处理

(1)二硫苏糖醇(DTT)处理

将SH-C18、SH-NC18巯基DNA进行二硫键-s-s-的还原反应。为了确保反应的有效进行，DTT为大过量使用，每份巯基DNA中大约加入5mg的DTT粉末，充分混合溶解，4℃过夜。

(2)过滤

将样品转移至截留分子量为3000的超滤管中，补充加超纯水至400μL，两两配平，14000rcf离心25min；加400μL水洗涤3次，每次离心25min。取超滤膜上液体，约50μL。

(3)定浓

将巯基DNA按照适当倍数用水进行稀释，如100倍或10倍，测定UV-vis光谱在260nm处的Abs值，Abs值在0.2～0.8之间为适宜范围。

2、Au基底制备

使用“piranha”清洗载玻片，N₂吹干，密封保存。采用蒸镀方式在载玻片上制备Au基底：10nm厚的Cr粘合层，20nm厚的Au层。密封保存。使用玻璃刀将Au基底切割成1cm×1cm大小。

3、PDMS印章的制备

将PDMS高分子预聚体与交联剂以体积比10:1进行混合，搅拌10min后，将其浇铸于表面具有图案的光刻硅模板表面。利用真空泵脱气30min后，在烘箱里120℃下固化2h。把固化好的PDMS从光刻硅模板的表面剥除，得到表面具有图案的PDMS印章。将PDMS用刀片切成1cm×1cm大小的印章备用。

4、微接触印刷12-巯基十二酸分子

将有图案的PDMS印章进行中档强度的Plasma处理1min。在镀金的玻璃基底上进行微接触图案印刷。使用有图案的PDMS对12-巯基十二酸进行压印，2mM的12-巯基十二酸的乙醇溶液，15μL滴涂于PDMS上，涂覆完全，约停留5s以保证PDMS表面能够充分吸附12-巯基十二酸分子，N₂吹干。将印章轻轻放于Au表面，使PDMS与金充分接触，停留30s，揭去印章。

5、图案化组装DNA序列修饰SH-DNA

将组装了12-巯基十二酸的疏水图案金基底浸泡在硫醇化的“SH-DNA”(1μM)的PBS溶液(1mM，pH 7.4)中过夜(16h)，使用PBS洗涤表面三次。

三、液晶液滴与基底DNA结合

将制备出的液晶液滴滴加在DNA图案化的基底上，基于DNA碱基互补配对的原理，表面锚定有DNA-双亲分子的液晶液滴将会与固定在金基底上的互补DNA链段结合，实现基底图案的可视化，过程如图3所示。取5CB液滴5μL，加入45μL PBS溶液(pH＝7.40)，配成10倍稀释液，现用现制。在修饰区域铺满稀释后的5CB液滴，静置5min，使用PBS仔细洗涤。

四、实验结果与讨论

1、DNA双亲分子DNA-C18与5CB液滴的表征

发明人使用DNA双亲分子DNA-C18对5CB进行乳化。双亲分子DNA-C18由18个碳的烷基链作为疏水端，18个碱基的DNA链作为亲水端组成。质谱结果见图2，从质谱上可以看出，有分子量为5632和5964的两个峰，5632处的峰与18个碱基的分子量相对应，5964则对应于C18-DNA的总分子量。说明成功合成出了双亲分子DNA-C18，不过在DNA-C18中难免会存在微量的18个碱基的DNA片段。

为了验证制备出的5CB液滴可实现DNA碱基互补配对的性能，发明人将可以和DNA-C18互补的由R1和R2形成的linker加入5CB液滴中，静置30s左右，液晶液滴会发生明显的肉眼可见的聚集现象(见图3)。

具体地，图3给出了液晶液滴表面组装有DNA-双亲分子，在R1、R2存在下，其互补配对引起液晶液滴聚集的示意图。如图3所示，(A)液晶液滴宏观下呈均一分散的乳液，(B)加入R1+R2linker后液晶液滴发生了聚集现象，(C)液晶液滴乳液显微镜白光照片，(D)液晶液滴乳液显微镜偏光照片，(E)液晶液滴发生聚集后的显微镜白光照片，(F)液晶液滴发生聚集后的显微镜偏光照片。

由图3可知，5CB液滴表面的DNA-C18与linker发生了碱基互补配对，使大量的液晶液滴聚集并沉降了出来，更近一步证明该方法制备的液晶液滴具有碱基互补配对的性能。

2、图案化组装液晶液滴

使用PDMS在Au表面压印12-巯基十二酸分子后，Au表面的接触角会发生明显的变化，结果见图4。由图4A和4B可知，12-巯基十二酸被压印修饰在了Au表面上。同时发明人还使用1μM SH-DNA对Au表面进行直接的修饰(16h)，其接触角也较Au表面发生了明显的变化，说明SH-DNA也修饰在了Au表面上。为后续实验奠定了基础。

其中，在图4中，A、B、C图分别为Au表面、压印12-巯基十二酸后的金表面、和修饰SH-DNA后的金表面的接触角照片。

发明人选择不能与DNA-C18互补的SH-NC18也对Au进行修饰作为实验的对照组。选择压印12-巯基十二酸是为了避免5CB液滴非特异性的吸附在Au表面，经过压印12-巯基十二酸、修饰SH-DNA和吸附5CB液滴，并洗涤后，Au表面呈现出PDMS印章上的图案，结果如图5所示。从图5可以看出，压印过12-巯基十二酸的位置5CB液滴几乎不发生吸附，而在修饰过可与DNA-C18互补的SH-C18的区域可吸附大量的液滴，与之形成对照的是，在修饰过与DNA-C18不互补的SH-NC18的区域却同12-巯基十二酸的区域一样，几乎不发生液滴的吸附，这说明5CB液滴依靠DNA互补配对原则特异性的吸附在图案区域。对图案进行加热后，5CB失去液晶相，在偏光下变为暗色。这种利用液晶的光学形式实现的图案可视化在显示和表面图案化有潜在应用价值。

如图5所示，Au表面由于5CB液滴吸附显示出的图案的偏光照片，SH-C18修饰的为图(A)和(C)，SH-NC18修饰的为图(B)和(D)。

五、结论

发明人成功利用微接触印刷技术实现了12-巯基十二酸在金基底上的图案化修饰，然后将巯基DNA修饰在裸露的金基底上，液晶液滴表面修饰的互补DNA可互补于基底上的巯基DNA，从而显示出基底上的图案。这种方法不仅适用于多种液晶，更是可以利用DNA可设计性完成对检测物的响应，引入响应性基元会使该体系具有更加多样的响应性，如偶氮苯。同时，实现了基底图案的可视化与基底信息的选择性显示的功能，将图案化基底与液晶材料相结合，为制备便携式纳米检测器件提供新思路与应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

SEQUENCE LISTING

<110> 清华大学

<120> 制备偏光下可视的图案的方法

<130> PIDC3172896

<160> 5

<170> PatentIn version 3.3

<210> 1

<211> 18

<212> DNA

<213> Artificial

<220>

<223> SH-C18引物序列

<400> 1

tacacatcta cttcacca 18

<210> 2

<211> 18

<212> DNA

<213> Artificial

<220>

<223> SH-NC18引物序列

<400> 2

gctcactcag tctcaaca 18

<210> 3

<211> 18

<212> DNA

<213> Artificial

<220>

<223> DNA-C18引物序列

<400> 3

tggtgaagta gatgtgta 18

<210> 4

<211> 52

<212> DNA

<213> Artificial

<220>

<223> R1引物序列

<400> 4

tctattcgca tgagaattcc attcaccgta agtgaagtag atgtgtacga aa 52

<210> 5

<211> 52

<212> DNA

<213> Artificial

<220>

<223> R2引物序列

<400> 5

cttacggtga atggaattct catgcgaata gatgaagtag atgtgtacga aa 52

Claims (10)

1.一种制备DNA图案基底的方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别提供基底、表面具有图案的PDMS印章、12-巯基十二酸溶液和能够与基底表面结合的DNA；

使所述表面具有图案的PDMS印章的表面蘸取所述12-巯基十二酸溶液，以便获得经过处理的PDMS印章；

使所述经过处理的PDMS印章与所述基底的表面接触，然后揭去印章，以便得到表面具有图案的亲水基底；

将所述表面具有图案的亲水基底与所述能够与基底表面结合的DNA接触，以便获得具有DNA表面层的所述DNA图案基底。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底为金基底、玻璃基底或硅基底，

任选地，所述基底为金基底，所述能够与基底表面结合的DNA为巯基DNA，

任选地，所述巯基DNA被选自巯基、乙炔基、氨基、烷基链或生物素的至少之一修饰。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巯基DNA的核酸序列为：TACACATCTACTTCACCA。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述巯基DNA经过预处理，

任选地，所述预处理是利用二硫苏糖醇使所述巯基DNA进行二硫键的还原反应，

任选地，所述12-巯基十二酸溶液为12-巯基十二酸的乙醇溶液，

任选地，使所述经过处理的PDMS印章与所述基底的表面接触20-40秒，优选30秒，

任选地，将所述表面具有图案的亲水基底与所述巯基DNA接触，是通过将所述表面具有图案的亲水基底浸泡于所述巯基DNA的PBS溶液中8-24小时，优选16小时实现的。

5.一种DNA图案基底，其是通过权利要求1-4任一项所述的方法制备获得的。

6.一种DNA液晶液滴，其特征在于，通过如下方法制备获得：

将DNA双亲分子与液晶材料混合，并进行乳化，以便得到所述DNA液晶液滴，

其中，所述DNA双亲分子与权利要求5所述的DNA图案基底的DNA表面层的巯基DNA至少存在12bp的序列互补。

7.根据权利要求6所述的DNA液晶液滴，其特征在于，所述DNA双亲分子为DNA-C18，其亲水端为DNA链端，其疏水端为C18链端，

任选地，所述DNA双亲分子的核酸序列为TGGTGAAGTAGATGTGTA。

8.根据权利要求6所述的DNA液晶液滴，其特征在于，所述液晶材料为5CB液晶、TL205液晶或E7液晶，优选5CB液晶。

9.一种制备偏光下可视的图案的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获得表面具有目的图案的PDMS印章；

根据权利要求1-4任一项所述的方法，利用所述表面具有目的图案的PDMS印章制备DNA图案基底；

获得权利要求6-8任一项所述的DNA液晶液滴，所述DNA双亲分子与所述DNA图案基底的DNA表面层的巯基DNA至少存在12bp的序列互补；

使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触，以便获得吸附液晶液滴的DNA图案基底；

将所述吸附液晶液滴的DNA图案基底置于室温下，则所述DNA图案基底表面能够在偏光下呈现所述图案。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触之前，预先将所述DNA液晶液滴用PBS缓冲液进行稀释，

任选地，将所述DNA液晶液滴用PBS缓冲液进行10倍稀释，

任选地，使所述DNA液晶液滴与所述DNA图案基底的DNA表面层接触3-8分钟，优选5分钟。