CN108531162A - 一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜及其制备方法。本发明先利用快速成核晶化/隔离法制备了层状复合金属氢氧化物；然后配制荧光素@CTAB@ssDNA胶束；再将石英基底进行预处理后利用层层自组装的方法制备得到了荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光超薄膜。该复合发光超薄膜实现了荧光素与ssDNA的固载化，其在检测不同序列的端粒DNA具有不同的荧光响应，且荧光响应可重复。由于该复合发光超薄膜具有较好的端粒DNA响应的稳定性和可重复性，可用于生理环境下端粒DNA的可逆检测，扩大了荧光素和ssDNA的应用范围，为新型端粒DNA传感器的研究提供基础，有望成为一类新型的生物传感材料。
Description
技术领域
本发明属于生物材料技术领域，具体来说，涉及一种荧光素 @CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜及其制备方法。
背景技术
端粒结构(Telomere)早在30年代就被科学家发现，端粒是位于真核生物染色体末端的一种特殊结构，由一些较短的多重复的非转录序列 (TTAGG)及一些结合蛋白所组成，其本身没有密码功能，仅仅在染色体末端起到保护作用。1990年，Calvin Harley就发现了端粒结构与细胞老化之间的关系。端粒DNA能够对染色体末端起到一定的保护作用，使其免于融合和退化。细胞每分裂一次，每条染色体的端粒就会缩短月30-200个碱基对，一旦端粒消耗殆尽，细胞即走向凋亡。因此，端粒的长度在反应细胞寿命上起到了重要作用，可以说端粒是细胞寿命的有丝分裂钟。
层状复合金属氢氧化物(Layered double hydroxides，简称LDHs)，又称水滑石。水滑石是一类典型的层状阴离子黏土，它的结构通式为 [M(II)1-xM(III)x(OH)2]x+[An- x/n]·mH2O，其中M(II)为构成层板的二价金属阳离子，如Mg2+,Zn2+,Cu2+等；M(III)则是三价的金属阳离子，如Al3+,Fe3+,Ga3+等等。An-代表LDH层间的阴离子，如NO3 -,CO3 2-等。由于层板元素组成灵活，且层间阴离子可调控，层状双金属氢氧化物作为一种新型材料广泛应用于诸如化学化工、生物医药、能源环境等各个领域。
发明内容
本发明提供了一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜及其制备方法，端粒DNA属于聚阴离子，其上带有能够提供丰富的负电荷的磷酸基团，且富含易于形成氢键的羟基基团和氨基基团，进而可以与带有正电荷的水滑石进行层层组装。将ssDNA作为客体插入到层状材料水滑石的层间，形成生物无机复合薄膜，改变提高ssDNA的性能，并实现ssDNA的固载化，作为一种生物传感材料用于端粒DNA的检测。
技术方案如下：
一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜，包括表面带负电荷的基底和多个功能层，所述功能层包括交替组装的层状水滑石材料和荧光素@CTAB@ssDNA。
一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，首先将表面带负电荷的基底浸入层状水滑石材料的胶体溶液中，取出超纯水清洗后干燥，再浸入荧光素@CTAB@ssDNA胶束溶液中，取出超纯水清洗后干燥，多次重复上述过程。
优选的，所述层状水滑石材料的层间阴离子为硝酸根，层板上二价金属阳离子与三价金属阳离子摩尔比为2:1；二价金属阳离子为Mg离子，三价金属阳离子为Al离子。
优选的，所述的表面带负电荷的基底的处理方法为：石英基底于浓硫酸与过氧化氢混合液中浸泡进行亲水化处理，然后取出分别用乙醇与去离子水超声清洗；将亲水化处理过的石英基底于PDDA水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干；然后再置于PSS水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干即可得表面带有丰富负电荷的石英基底。
优选的，所述ssDNA为ssDNA1或ssDNA2中的任意一种，序列如下：
Primer ID 5'序列3' 碱基
ssDNA1 5’-(AAAG)14AAA-3’ 59
ssDNA2 5’-TTT(CTTT)14-3’ 59
优选的，所述荧光素@CTAB@ssDNA胶束溶液的制备方法的具体步骤如下：
将CTAB水溶液和荧光素丙酮溶液混合，离心后得到荧光素@CTAB混合胶束溶液；使用Tris-HCl缓冲溶液配制pH＝7.4的ssDNA溶液，然后与荧光素@CTAB混合胶束溶液混合，离心后得到@CTAB@ssDNA胶束溶液。
优选的，所述的层状水滑石材料的胶体溶液的制备方法：使用硝酸镁、硝酸铝和NaOH溶液通过快速成核晶化/隔离法制备层状水滑石材料，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，100-150℃下晶化，随后取出用已去除二氧化碳的去离子水离心洗涤，第三次离心所得的上清液为层状水滑石材料的胶体溶液。
所述的制备方法制备得到的荧光素@CTAB@ssDNA与层状双金属氢氧化物复合超薄膜可逆检测端粒DNA的应用。
本发明制备得到的荧光素@CTAB@ssDNA与层状双金属氢氧化物复合超薄膜实现了荧光素与ssDNA的固载化，其在检测不同序列的端粒DNA 具有不同的荧光响应，且荧光响应可重复。由于该复合发光超薄膜具有较好的端粒DNA响应的稳定性和可重复性，可用于生理环境下端粒DNA的可逆检测，扩大了荧光素和ssDNA的应用范围，为新型端粒DNA传感器的研究提供基础。此复合薄膜有望成为一类新型的生物传感材料。
附图说明
图1是从实施例1得到的层状复合金属氢氧化物的XRD图谱。
图2是从实施例1得到的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的小角XRD图谱。
图3是从实施例1得到的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的紫外吸收光谱。
图4是从实施例1得到的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的荧光发射光谱。
图5是从实施例2得到的荧光素@CTAB@ssDNA2与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的小角XRD图谱。
图6是从实施例2得到的荧光素@CTAB@ssDNA2与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的紫外吸收光谱。
图7是从实施例2得到的荧光素@CTAB@ssDNA2与层状双金属氢氧化物复合超薄膜的荧光发射光谱。
图8是从实施例1得到的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜用于检测不同长度的互补端粒DNA的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明所述的一种荧光素@CTAB@ssDNA 与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜及其制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
1.快速成核晶化/隔离法制备层状复合金属氢氧化物
(1)准确称取15.3846g Mg(NO3)2·6H2O(分析纯)和11.2539g Al(NO3)3·9H2O(分析纯)溶于70ml去CO2去离子水中，记为A溶液，Mg 2+/Al 3+摩尔比为2:1；称取7.2g NaOH(分析纯)溶于80ml去CO2去离子水中，记为B溶液；
(2)将A和B两种溶液同时加入全返混液膜反应器，调节反应器转子与定子之间的狭缝宽度为2mm，工作电压为140V，转子转速为4000rpm，将得到的混合浆液转移到反应釜中，120℃晶化24小时后用去离子水充分洗涤，取第三次离心所得的上清液即为镁铝LDHs胶体溶液。
2.荧光素@CTAB@ssDNA1混合胶束的制备
(1)取200mg CTAB，溶于20ml超纯水中，可得10mg/ml的CTAB 母液。称取40mg荧光素，溶于20ml分析纯的丙酮中，可得2mg/ml的荧光素母液。分别量取CTAB母液与荧光素母液10ml进行混合，然后置于离心机中离心1min，并调节离心机转速为2000r/min，取出可得CTAB胶束封装的荧光素。
(2)取两管ssDNA1(每管3.54nmol，M＝18640.83g/mol)在2000r/min 离心1min后，分四次加入Tris-HCl缓冲溶液，每次所加入的体积为500μL，每次加入缓冲溶液后均在2000r/min条件下离心1min，可得0.066mg/ml的 ssDNA1溶液。然后量取2ml上述CTAB封装的荧光素与2ml ssDNA1溶液共混，于2000r/min下离心2分钟，即可得经荧光素染色的ssDNA1胶束溶液。
3.荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备
(1)尺寸为3.0×0.8cm的石英基底于浓硫酸与过氧化氢混合液(二者体积比为7:3)中浸泡30分钟进行亲水化处理，然后取出分别用乙醇与去离子水超声清洗三次；
(2)将亲水化处理过的石英基底于10g/L的PDDA水溶液中浸泡30 分钟，取出用超纯水充分洗涤后吹干；然后再置于10g/L的PSS水溶液中浸泡30分钟，取出用超纯水充分洗涤后吹干即可得表面带有丰富负电荷的石英基底。
(3)将预处理过的石英基底在镁铝LDHs胶体溶液中浸泡10分钟后用超纯水充分清洗并吹干，然后置于荧光素染色的ssDNA1胶束溶液中浸泡10分钟，取出后用超纯水充分清洗并吹干，从而得到一次循环的荧光素 @CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜。
(4)按照步骤(3)中的方法，重复4次，8次，12次，16次，得到不同组装层数的复合发光薄膜。
表1是从实施例得到的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜用于检测不同长度的互补端粒DNA所用的ssDNA序列。
表格1
对产物进行表征，由图1可知镁铝层状复合金属氢氧化物，003和006 衍射峰位于10°和20°附近，说明合成的是层间为硝酸根阴离子的水滑石，排除了碳酸根在水滑石层间存在的干扰。由图2可知共组装复合薄膜40层的003衍射峰出现在1.24°附近，根据布拉格方程计算可得层间距约为 6.9nm。图3和图4分别为组装薄膜不同组装层数(4-16层，每隔4层记录一次)的荧光光谱和紫外光谱图。由图4可知，随着组装层数的增加，复合薄膜的紫外吸收呈现逐渐增加的趋势，并且由插图可知紫外吸收和组装层数呈现较好的线性关系，说明可通过调节组装层数来调控复合薄膜的荧光强度和紫外吸收。
实施例2
1.同实施例1
2.荧光素@CTAB@ssDNA2混合胶束的制备
(1)取200mg CTAB，溶于20ml超纯水中，可得10mg/ml的CTAB 母液。称取40mg荧光素，溶于20ml分析纯的丙酮中，可得2mg/ml的荧光素母液。分别量取CTAB母液与荧光素母液10ml进行混合，然后置于离心机中离心1min，并调节离心机转速为2000r/min，取出可得CTAB胶束封装的荧光素。
(2)取两管ssDNA2(每管3.54nmol，M＝18640.83g/mol)在2000r/min 离心1min后，分三次加入Tris-HCl缓冲溶液，每次所加入的体积为500μL，每次加入缓冲溶液后均在2000r/min条件下离心1min，可得0.066mg/ml的 ssDNA2溶液。然后量取2ml上述CTAB封装的荧光素与2ml ssDNA溶液共混，于2000r/min下离心2分钟，即可得经荧光素染色的ssDNA2胶束溶液。
3.同实施例1
对所得复合发光薄膜进行表征，图5可知共组装复合薄膜40层的003 衍射峰出现在1.24°附近，根据布拉格方程计算可得层间距约为6.9nm。图 6和图7分别为组装薄膜不同组装层数(4-16层，每隔4层记录一次)的荧光光谱和紫外光谱图。由图4可知，随着组装层数的增加，复合薄膜的紫外吸收呈现逐渐增加的趋势，并且由插图可知紫外吸收和组装层数呈现较好的线性关系，说明可通过调节组装层数来调控复合薄膜的荧光强度和紫外吸收。
对比例1
1.同实施例1
2.荧光素@CTAB混合胶束的制备
取200mg CTAB，溶于20ml超纯水中，可得10mg/ml的CTAB母液。称取40mg荧光素，溶于20ml分析纯的丙酮中，可得2mg/ml的荧光素母液。分别量取CTAB母液与荧光素母液10ml进行混合，然后置于离心机中离心1min，并调节离心机转速为2000r/min，取出可得CTAB胶束封装的荧光素。
3.ssDNA1溶液的配置
取两管ssDNA1(每管3.54nmol，M＝18640.83g/mol)在2000r/min离心1min后，分三次加入Tris-HCl缓冲溶液，每次所加入的体积为500μL，每次加入缓冲溶液后均在2000r/min条件下离心1min，可得0.066mg/ml的 ssDNA1溶液。
3.荧光素@CTAB@ssDNA1与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备
(1)尺寸为3.0×0.8cm的石英基底于浓硫酸与过氧化氢混合液(二者体积比为7:3)中浸泡30分钟进行亲水化处理，然后取出分别用乙醇与去离子水超声清洗三次；
(2)将亲水化处理过的石英基底于10g/L的PDDA水溶液中浸泡30 分钟，取出用超纯水充分洗涤后吹干；然后再置于10g/L的PSS水溶液中浸泡30分钟，取出用超纯水充分洗涤后吹干即可得表面带有丰富负电荷的石英基底。
(3)将预处理过的石英基底在镁铝LDHs胶体溶液中浸泡10分钟后用超纯水充分清洗并吹干，然后置于CTAB封装的荧光素胶束溶液中浸泡 10分钟，取出后用超纯水充分清洗并吹干，最后置于ssDNA1溶液中浸泡10分钟从而得到一次循环的荧光素@CTAB@ssDNA1与层状双金属氢氧化物复合超薄膜。
(4)按照步骤(3)中的方法，重复4次，8次，12次，16次，得到不同组装层数的复合发光薄膜。
对所得复合发光薄膜进行表征，可见其荧光强度与紫外吸收不随着薄膜层数的增加，由此可知此种组装方法不能获得荧光素@CTAB@ssDNA1 与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜。
上述表征与测试结果表明荧光素@CTAB@ssDNA1与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜充分利用水滑石层板的二维限域效应和主客体之间的相互作用，实现了荧光素与ssDNA的固载化。该复合薄膜可用于检测端粒 DNA，可用作生物传感器。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜，其特征在于，包括表面带负电荷的基底和多个功能层，所述功能层包括交替组装的层状水滑石材料和荧光素@CTAB@ssDNA。
2.根据权利要求1所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜，其特征在于，所述层状水滑石材料的层间阴离子为硝酸根，层板上二价金属阳离子与三价金属阳离子摩尔比为2:1；二价金属阳离子为Mg离子，三价金属阳离子为Al离子。
3.根据权利要求2所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜，其特征在于，所述的表面带负电荷的基底的处理方法为：石英基底于浓硫酸与过氧化氢混合液中浸泡进行亲水化处理，然后取出分别用乙醇与去离子水超声清洗；将亲水化处理过的石英基底于PDDA水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干；然后再置于PSS水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干即可得表面带有丰富负电荷的石英基底。
4.根据权利要求3所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜，其特征在于，所述ssDNA为ssDNA1或ssDNA2中的任意一种，序列如下：
Primer ID 5'序列3' 碱基
ssDNA1 5’-(AAAG)14AAA-3’ 59
ssDNA2 5’-TTT(CTTT)14-3’ 59
5.一种荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，首先将表面带负电荷的基底浸入层状水滑石材料的胶体溶液中，取出超纯水清洗后干燥，再浸入荧光素@CTAB@ssDNA胶束溶液中，取出超纯水清洗后干燥，多次重复上述过程。
6.根据权利要求5所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述层状水滑石材料的层间阴离子为硝酸根，层板上二价金属阳离子与三价金属阳离子摩尔比为2:1；二价金属阳离子为Mg离子，三价金属阳离子为Al离子。
7.根据权利要求6所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述的表面带负电荷的基底的处理方法为：石英基底于浓硫酸与过氧化氢混合液中浸泡进行亲水化处理，然后取出分别用乙醇与去离子水超声清洗；将亲水化处理过的石英基底于PDDA水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干；然后再置于PSS水溶液中浸泡，取出用超纯水充分洗涤后吹干即可得表面带有丰富负电荷的石英基底。
8.根据权利要求7所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述ssDNA为ssDNA1或ssDNA2中的任意一种，序列如下：
Primer ID 5'序列3' 碱基
ssDNA1 5’-(AAAG)14AAA-3’ 59
ssDNA2 5’-TTT(CTTT)14-3’ 59
9.根据权利要求8所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述荧光素@CTAB@ssDNA胶束溶液的制备方法的具体步骤如下：将CTAB水溶液和荧光素丙酮溶液混合，离心后得到荧光素@CTAB混合胶束溶液；使用Tris-HCl缓冲溶液配制pH＝7.4的ssDNA溶液，然后与荧光素@CTAB混合胶束溶液混合，离心后得到@CTAB@ssDNA胶束溶液。
10.根据权利要求9所述的荧光素@CTAB@ssDNA与层状复合金属氢氧化物复合发光薄膜的制备方法，其特征在于，所述的层状水滑石材料的胶体溶液的制备方法：使用硝酸镁、硝酸铝和NaOH溶液通过快速成核晶化/隔离法制备层状水滑石材料，然后转移至聚四氟乙烯反应釜中，100-150℃下晶化，随后取出用已去除二氧化碳的去离子水离心洗涤，第三次离心所得的上清液为层状水滑石材料的胶体溶液。
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| CN102786927A (zh) * | 2012-08-24 | 2012-11-21 | 北京化工大学 | 4-羟基香豆素插层水滑石蓝光复合发光材料及其制备方法 |
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| 秦胜辉: "生物分子-荧光离子/LDHs超分子共组装体系的构筑及其荧光性能的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
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