CN114084871B - 一种基于dna分子组装纳米图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，包括以下步骤：步骤一、在载玻片上通过聚乙二醇添加生物素，形成生物素层；步骤二、培育出可折叠和展开的发夹式DNA，所述发夹式DNA的形态在折叠和展开之间变化，将发夹式DNA转移到生物素层上；步骤三、根据预设的纳米图案，确定生物素层上每个目标点的位置，寻找每个目标点内唯一处于折叠态的发夹式DNA，并使其处于永久折叠状态；步骤四、在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒，最终得到预期的纳米图案。本发明的方法可以实现百纳米以内的分辨率设计，为纳米图案、纳米尺寸功能器件的制备提供了一种廉价的、简单的方法。

Description

一种基于DNA分子组装纳米图案的方法
技术领域
本发明涉及纳米图案加工技术领域，尤其涉及一种基于DNA分子组装纳米图案的方法。
背景技术
由于微纳米尺度下的材料或者结构往往具有不同于宏观尺度下的独特的性能，因此制备纳米尺度的材料与结构并探索它们的性能已成为生产与科学研究中最热门的领域之一。
出于这种需求,各种微纳米加工技术应运而生并不断发展,如光刻工艺、电子束曝光工艺、聚焦离子束工艺、扫描探针加工技术、纳米压印技术,自组装技术等。在这些技术中,除光刻和纳米压印技术外,一般在制备晶圆尺度大面积的均匀图形时耗时长、成本高；而对于光刻工艺来说,昂贵的设备和复杂的曝光系统则一定程度上增加了成本。因此寻找高产量、低成本新型纳米图案制备技术是现今市场的重点发展方向。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，其解决了现有技术中存在的传统的纳米图案制备技术的制备效率低、制备成本高，以及对设备要求严苛的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，包括以下步骤：
步骤一、在载玻片上添加生物素，形成生物素层；
步骤二、培育出可折叠和展开的发夹式DNA，所述发夹式DNA的形态在折叠和展开之间不断变化，将发夹式DNA转移到生物素层上；
步骤三、根据预设的纳米图案的形状，在生物素层上确定每个目标点的位置，寻找每个目标点内唯一处于折叠态的发夹式DNA，并使其处于永久折叠状态；
步骤四、在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒，最终得到预期的纳米图案。
本发明进一步设置为：所述发夹式DNA包括用于连接生物素的锚链、用于发夹式DNA折叠和展开的针链、用于连接锚链和针链的连接链。
本发明进一步设置为：在步骤二中的发夹式DNA上设有荧光供体cy3、荧光受体cy5和交联剂，其中荧光供体cy3设置在锚链处，荧光受体cy5设置在针链处，交联剂设置在针链上。
本发明进一步设置为：步骤三中先用绿光入射到视野中的目标点内寻找唯一处于折叠态的发夹式DNA，然后用紫光照射使得针链和锚链通过交联剂迅速交联，使得发夹式DNA处于永久折叠状态。
本发明进一步设置为：在步骤四中的在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒的方法为：先对载玻片上的发夹式DNA区域进行高温清洗以消除连接链，此时展开状态的发夹式DNA的针链被去除，生物素层上只剩下与生物素连接的锚链DNA结构、锚链-针链永久交联的DNA结构，然后在针链上添加纳米颗粒。
本发明进一步设置为：在纳米颗粒的表面设有与针链互补的DNA结构。
本发明进一步设置为：高温清洗时的清洗液温度为60-80℃。
本发明的方法可以实现百纳米以内的分辨率设计，为纳米图案、纳米尺寸功能器件的制备提供了一种廉价的、简单的方法。
附图说明
图1为发夹式DNA的结构组成示意图；
图2为发夹式DNA展开时的结构示意图(省略连接链)；
图3为发夹式DNA折叠时的结构示意图(省略连接链)；
图4为本方法的流程示意图；
图5为DNA发夹处于折叠和展开状态时，经历紫外照射和高温清洗后的反应效果示意图。
上述附图中：1、交联剂；2、荧光受体cy5；3、荧光供体cy3；4、针链；5、连接链；6、锚链；7、绿光；8、红光；9、紫光；10、高温清洗；11、纳米颗粒；12、DNA发夹阵列；13、目标点。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，如图1-5所示，包括以下步骤：
步骤一、在载玻片上通过聚乙二醇添加生物素，形成生物素层；
步骤二、培育出可折叠和展开的发夹式DNA，此发夹式DNA包含108个碱基对，36nm长。此发夹式DNA包括用于连接生物素的锚链6、用于发夹式DNA折叠和展开的针链4、用于连接锚链6和针链4的连接链5。在发夹式DNA上有荧光供体cy33、荧光受体cy52和交联剂1。
其中，荧光供体cy33添加在锚链6处，荧光受体cy52添加在针链4处，交联剂1添加在针链4上。发夹式DNA的形态在折叠和展开之间不断发生变化，然后将发夹式DNA转移到生物素层上形成DNA发夹阵列12，通过链霉亲和素和生物素之间的化学键连接发夹式DNA；
步骤三、根据预设的纳米图案的形状，在生物素层上确定每个目标点13的位置，通过激光照射寻找每个目标点13内唯一处于折叠态的发夹式DNA，并使其处于永久折叠状态。
其中，先用532nm10毫瓦可调激光模组将绿光7入射到视野中的目标点13内，通过奥林巴斯倒置荧光显微镜进行观察，等待发夹式DNA的形态进行随机变化。而由于折叠的发夹式DNA会因为荧光共振能量转移而发出红光8，因此当绿色光斑内只存在唯一含有红光8的发夹式DNA时，即找到了目标点内唯一一个处于折叠状态的发夹式DNA。然后用355nm50毫瓦可调激光模组将紫光9照射到目标点13处，使得针链4和锚链6通过交联剂1迅速交联，从而使得目标点13处的唯一一个处于折叠状态的发夹式DNA转变为处于永久折叠状态。然后移动绿光7至其他的目标点13处，重复以上操作。
步骤四、在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒11，最终得到预期的纳米图案。
其中，先对载玻片上的发夹式DNA区域进行高温清洗10以消除连接链5，高温清洗10时的温度为60-80℃，本实施例中选择70℃。处于展开状态的DNA，由于锚链6和针链4距离远，因此不会有交联作用。此时通过高温清洗10能够消除连接链5，展开状态的DNA的针链4，由于缺少了连接链5的连接作用，因此也会脱落，所以展开状态的DNA在高温清洗10后是没有针链4的，因此无法添加纳米颗粒11。
而处于折叠状态的DNA，由于锚链6和针链4距离较近，因此会存在交联作用，经过高温清洗10后，虽然连接链5被清除了，但是针链4还是由于交联剂1的原因与锚链6相连接。
此时展开状态的发夹式DNA的针链4被去除，生物素层上只剩下与生物素连接的锚链6(原本属于展开状态的发夹式DNA)、锚链6-针链4永久交联的DNA结构(原本属于永久折叠状态的发夹式DNA)，然后加入纳米颗粒11培养液，在纳米颗粒11的表面设有与针链4互补的DNA链，从而在处于永久折叠状态的发夹式DNA的针链4上添加纳米颗粒11，最终得到预期的纳米图案。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、在载玻片上添加生物素，形成生物素层；
步骤二、培育出可折叠和展开的发夹式DNA，所述发夹式DNA的形态在折叠和展开之间不断变化，将发夹式DNA转移到生物素层上；
步骤三、根据预设的纳米图案的形状，在生物素层上确定每个目标点(13)的位置，寻找每个目标点(13)内唯一处于折叠态的发夹式DNA，并使其处于永久折叠状态；
步骤四、在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒(11)，最终得到预期的纳米图案；
所述发夹式DNA包括用于连接生物素的锚链(6)、用于发夹式DNA折叠和展开的针链(4)、用于连接锚链(6)和针链(4)的连接链(5)；
在步骤二中的发夹式DNA上设有荧光供体cy3(3)、荧光受体cy5(2)和交联剂(1)，其中荧光供体cy3(3)设置在锚链(6)处，荧光受体cy5(2)设置在针链(4)处，交联剂(1)设置在针链(4)上；
步骤三中先用绿光(7)入射到视野中的目标点(13)内寻找唯一处于折叠态的发夹式DNA，然后用紫光(9)照射使得针链(4)和锚链(6)通过交联剂(1)迅速交联，使得发夹式DNA处于永久折叠状态；
在步骤四中的在处于永久折叠状态下的发夹式DNA上添加纳米颗粒(11)的方法为：先对载玻片上的发夹式DNA区域进行高温清洗(10)以消除连接链(5)，此时展开状态的发夹式DNA的针链(4)被去除，生物素层上只剩下与生物素连接的锚链(6)DNA结构、锚链(6)-针链(4)永久交联的DNA结构，然后在针链(4)上添加纳米颗粒(11)；在纳米颗粒(11)的表面设有与针链(4)互补的DNA结构。
2.如权利要求1所述的一种基于DNA分子组装纳米图案的方法，其特征在于：高温清洗(10)时的清洗液温度为60-80℃。
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