專利名稱：基于dna分子的金納米棒陣列芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米技術領域的方法，具體是一種基于DNA分子的金納米棒 陣列芯片的制作方法。
技術背景近幾年，隨著微細加工技術和納米材料的發(fā)展，納米金屬陣列結(jié)構(gòu)的性質(zhì)正 受到越來越多的關注，生物分子與納米金屬結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生了一系列嶄新的 物理現(xiàn)象。當生物分子作為模板形成納米金屬列陣結(jié)構(gòu)時，產(chǎn)生的局域表面等離 子體(local surface plasmons)能使電磁能量劇烈地增強和匯聚。基于這些特 性，生物分子為模板的納米金屬陣列在生物傳感、化學傳感、光學設計和磁性數(shù) 據(jù)存儲等領域有廣泛的應用前景?；谠撛順?gòu)成的生物傳感器在DNA、蛋白、 病毒等生物分子的標記、識別和檢測方面具有比傳統(tǒng)的生物傳感器更快的檢測速 度和靈敏度。在生物分子為模板的納米金屬陣列的制作方面，目前尚需探索新的 方法。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，李飛等在《納米技術與精密工程》(2007， 5(2) :121-124)上發(fā)表的"一種用于LSPR傳感的納米金屬列陣制作方法"，該 文中提出利用光刻定位自組裝填充的方法制作納米金屬列陣的方法，具體方法 為在平面基板上通過光刻手段制作具有列陣微區(qū)的定位模板，再利用單分散聚 苯乙烯納米球在微區(qū)里進行自組裝，得到單層規(guī)則排布的納米球結(jié)構(gòu)；進一步沉 積金屬后，通過去犧牲層工藝去除球體，可得到呈六角形分布的納米金屬列陣結(jié)構(gòu)。其不足在于電子束光刻和自組裝方法都有一定的局限性，電子束光刻制作圖形面積有限，效率很低，而僅靠自組裝技術又很難實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的列陣化。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于DNA分子的金納米棒陣列芯 片的制作方法，使金屬納米棒在水和有機溶劑中獲得良好的納米棒陣列，而且還 能以不同長徑比的納米棒形成不同的納米陣列結(jié)構(gòu)，然后轉(zhuǎn)移到膜或玻璃等支撐的界面，制成納米金陣列芯片，形成不同排列與分布的平面局域結(jié)構(gòu)及立體三維結(jié)構(gòu)，為多通道生物體快速探測提供了新的途徑。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟步驟一，制備金納米棒溶液，然后將DNA分子加入該溶液中，金納米棒溶液與DNA分子比例為10:1，并加入水或有機溶劑，水或有機溶劑的體積為金納米棒溶液的0. 1-10倍；所述制備金納米棒溶液，具體如下第一步，將體積比為1:1的氯金酸溶液與十六烷基三甲基溴化銨溶液進行混 合，然后加入混合溶液1/10體積的硼氫化鈉溶液并攪拌得到種子溶液；第二步，將體積比為1:1的十六烷基三甲基溴化銨溶液與氯金酸水溶液進行 混合，加入混合溶液1/200體積的硝酸銀溶液，攪拌均勻然后加入混合溶液1/200 體積的抗壞血酸，攪拌得到無色透明的生長溶液；第三步，將種子溶液和生長溶液按照1:9的體積比混合，攪拌然后靜置一周， 得到深紫藍色金納米棒溶液。所述有機溶劑，是指甲醇、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、甲酰胺、乙酸乙 酯其中之一。所述的金納米棒，其表面含有大量的十六垸基溴化銨(CTAB)分子，表面帶有 大量的正電荷。所述金納米棒溶液，其中金納米棒的長徑比為2. 0-25. 0。所述DNA分子，其表面具有大量的磷酸基團，帶負電荷，DNA分子的長度范 圍沒有限制。所述DNA分子，其物質(zhì)的量濃度為0-15 u M。所述DNA分子，其所含堿基對數(shù)目為100bp-10000bp。步驟二，對步驟一中的溶液進行超聲處理，獲得金納米棒陣列溶液；所述超聲處理，其處理時間為60-120 min。所述金納米棒陣列，包括一維金納米棒陣列、二維金納米棒陣列、三維金納 米棒陣列，通過改變DNA分子的物質(zhì)的量濃度范圍來控制金納米棒的一維、二維、
三維陣列，DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于0 P M到小于5. 0 u M時，得到一維的金 納米棒陣列；DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于等于5. 0 u M到小于等于10. 0 P M時， 得到二維的金納米棒陣列；DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于lO^M到小于等于 15.0uM時，得到三維的金納米棒陣列。步驟三，將金納米棒陣列溶液滴加到薄膜或玻璃上，在常溫下真空干燥，制 備成金納米棒陣列芯片。所述薄膜，為尼龍膜或硝酸纖維膜。所述真空干燥，持續(xù)時間為24-48小時。本發(fā)明工作時，首先制取金納米棒溶液，將DNA分子、水或有機溶劑加入該 溶液中，金納米棒的表面帶有一定數(shù)量的氨基，在溶液中呈現(xiàn)正電的性質(zhì)，DNA 分子的表面修飾了大量的磷酸基團，在溶液中具有大量的負電荷，因此金納米棒 的正電表面十分容易與DNA分子的負電表面進行結(jié)合，使DNA分子能吸附到金納 米棒的表面，然后進行簡單的超聲處理后，DNA分子吸附在金納米棒的表面，由 于DNA分子在各種溶劑中具有良好的溶解性能，因此可以在許多有機和水溶液中 形成金納米棒陣列，并使溶液保持長期穩(wěn)定，最后金納米棒陣列溶液滴加到尼龍 膜、硝酸纖維膜或玻璃芯片等支撐物的表面，常溫真空干燥一段時間，制備成金 納米棒陣列芯片。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明能夠在溶液中大規(guī)模制備納 米棒陣列，通過本發(fā)明方法制作的金納米棒陣列可與核酸、抗體、蛋白相連接， 可應用在納米光電傳感器，細菌、病毒、抗原抗體檢測方面，10mm2的平面薄膜 獲得均勻的納米棒陣列芯片，核酸的檢測靈敏度為0. 01ng/mL，抗原的檢測靈敏 度為0. lng/mL。


圖1為本發(fā)明實施例1制備的一維金納米棒陣列； 圖2為本發(fā)明實施例2制備的二維金納米棒陣列； 圖3為本發(fā)明實施例5制備的三維金納米棒陣列。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術方案
為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。 實施例1將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X10—4 M的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六垸基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X 10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 u 1的0. 01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50u10. 1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液， lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的3 ix M長度為1000bp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為2. 0的金 納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入1. lml的甲醇，超聲振蕩2 h，靜置30 min 后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征，利用透射電子顯微鏡觀察金納米棒的 陣列形態(tài)，如圖1所示，金納米棒形成線型的橫向陣列，利用UV-vis光譜觀察 金納米棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅，利用Zeta電位儀檢測金 納米棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面正電荷減少，DNA分子為模板的金納 米棒陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，沒有出現(xiàn)沉淀，呈現(xiàn)出了良好的 分散性，金屬納米棒陣列溶液滴加到10腿2玻璃片上，常溫真空干燥24h時間， 制備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列芯片，核酸的檢測靈敏度為 0. 01ng/mL，抗原的檢測靈敏度為0. lng/mL。實施例2將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X10—4 M的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六垸基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X 10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 u 1的0. 01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50u 1 0. 1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液， lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的8 u M長度為lOOObp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為3. 0的金 納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入llml的四氫呋喃，超聲振蕩2h，靜置30 min 后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征，利用透射電子顯微鏡觀察金納米棒的 陣列形態(tài)，如圖2所示，金納米棒形成平面型二維縱向的陣列。利用UV-vis光 譜觀察金納米棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅移，利用Zeta電位 儀檢測金納米棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面正電荷減少，DNA分子為 模板的金納米棒陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，沒有出現(xiàn)沉淀，呈現(xiàn) 出了良好的分散性，金屬納米棒陣列溶液滴加到10ram2硝酸纖維素薄膜上，常溫 真空干燥48 h時間，制備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列芯片，核酸的檢測靈敏度為 0. 05ng/mL，抗原的檢測靈敏度為0. 3ng/mL。實施例3將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X1(TM的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六烷基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X 10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 ul的0. 01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50u10. 1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液， lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的10 ix M長度為1000bp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為5. 0的金 納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入110 ml的水，超聲振蕩1 h，靜置30 min 后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征，利用透射電子顯微鏡觀察金納米棒的 陣列形態(tài)，金納米棒形成平面橫向縱向混雜型的二維陣列，利用UV-vis光譜觀 察金納米棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅移，利用Zeta電位儀檢 測金納米棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面正電荷減少，DNA分子為模板的 金納米棒陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，沒有出現(xiàn)沉淀，呈現(xiàn)出了良 好的分散性，金屬納米棒陣列溶液滴加到10mn^玻璃片上，常溫真空干燥30h時
間，制備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列，核酸的檢測靈敏度為0.02ng/mL， 抗原的檢測靈敏度為0. 3ng/mL。實施例4將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X10—4 M的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六垸基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X 10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 U 1的0. 01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50u10. 1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液， lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的5 ii M長度為1000bp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為10. 0的金 納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入50 ml的乙酸乙酯，超聲振蕩2 h，靜置30 min 后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征。利用透射電子顯微鏡觀察金納米棒的 陣列形態(tài)，金納米棒形成平面縱向型的二維陣列，利用UV-vis光譜觀察金納米 棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅移，利用Zeta電位儀檢測金納米 棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面正電荷減少，DNA分子為模板的金納米棒 陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，沒有出現(xiàn)沉淀，呈現(xiàn)出了良好的分散 性。金屬納米棒陣列溶液滴加到10mni2尼龍膜上，常溫真空干燥24 h時間，制 備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列，核酸的檢測靈敏度為0.01ng/mL， 抗原的檢測靈敏度為0. lng/mL。實施例5將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X10—4 M的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六烷基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 w 1的0.01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50wl 0. 1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液，lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的lOu M長度為1000bp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為3. 0的金 納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入11 ml的水，超聲振蕩1. 5h，靜置30 min 后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征，利用透射電子顯微鏡觀察金納米棒的 陣列形態(tài)，如圖3所示，金納米棒形成二層三維縱向型的陣列，利用UV-vis光 譜觀察金納米棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅移，利用Zeta電位 儀檢測金納米棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面正電荷減少，DNA分子為模 板的金納米棒陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，沒有出現(xiàn)沉淀，呈現(xiàn)出 了良好的分散性。金屬納米棒陣列溶液滴加到10mm2玻璃片上，常溫真空干燥48 h時間，制備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列，核酸的檢測靈敏度為0. 01ng/niL， 抗原的檢測靈敏度為0. 2ng/mL。實施例6將2. 5ml 2. 5 X 10 —4M的HAuCl4溶液與2. 5ml 2. 5X10—4 M的十六烷 基三甲基溴化銨溶液混合，然后加入0.5mL的冰凍0. 01M NaBH4溶液并攪拌 10min得到種子溶液，將5ml的0. 08M十六垸基三甲基溴化銨溶液與5ml的 0. 25mL的5X 10—4 M的氯金酸水溶液混合，加入50 u 1的0. 01M硝酸銀溶液， 攪拌均勻然后加入50iU0.1M抗壞血酸，攪拌2min得到無色透明的生長溶液， lml種子溶液加入到9ml的生長溶液中，攪拌lmin，然后靜置一周，得到深紫 藍色金納米棒溶液。將lml的15ixM長度為10000bp的DNA水溶液加入10ml的長徑比為25.0 的金納米棒5mg/mL的水溶液中，再加入60ml的N， N-二甲基甲酰胺，超聲振蕩2 h，靜置30min后，觀察金納米棒在水溶液中的分散特征，利用透射電子顯微鏡 觀察金納米棒的陣列形態(tài)，金納米棒形成多層三維縱向型的陣列，利用UV-vis 光譜觀察金納米棒陣列的光譜，金納米棒的UV-vis光譜發(fā)生紅移，利用Zeta 電位儀檢測金納米棒陣列的電位變化，表明金納米棒表面帶負電荷，DNA分子為 模板的金納米棒陣列分散液呈均勻的深紅/深藍兩種顏色，出現(xiàn)大量沉淀，金屬 納米棒陣列溶液滴加到10mffl2硝酸纖維素薄膜上，常溫真空干燥48 h時間，制 備成金納米棒陣列芯片。10mm2的平面薄膜獲得均勻的納米棒陣列，核酸的檢測靈敏度為0.05ng/mL， 抗原的檢測靈敏度為0. 5ng/mL。
權利要求
1.一種基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，制備金納米棒溶液，然后將DNA分子加入該溶液中，金納米棒溶液與DNA分子比例為10∶1，并加入水或有機溶劑，水或有機溶劑的體積為金納米棒溶液的0.1-10倍；步驟二，對步驟一中的溶液進行超聲處理，獲得金納米棒陣列溶液；步驟三，將金納米棒陣列溶液滴加到薄膜或玻璃上，在常溫下真空干燥，制備成金納米棒陣列芯片。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述制備金納米棒溶液，其制備流程如下第一步，將體積比為1:1的氯金酸溶液與十六垸基三甲基溴化銨溶液進行混合，然后加入混合溶液1/10體積的硼氫化鈉溶液并攪拌得到種子溶液；第二步，將體積比為1:1的十六垸基三甲基溴化銨溶液與氯金酸水溶液進行 混合，加入混合溶液1/200體積的硝酸銀溶液，攪拌均勻然后加入原混合溶液 1/200體積的抗壞血酸，攪拌得到無色透明的生長溶液；第三步，將種子溶液和生長溶液按照1:9的體積比混合，攪拌然后靜置一周， 得到深紫藍色金納米棒溶液。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法， 其特征是，所述金納米棒溶液，其中金納米棒的長徑比為2. 0-25.0。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述有機溶劑，是指甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、甲酰胺、乙 酸乙酯其中之一。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述DNA分子，其物質(zhì)的量濃度為0-15iiM。
6. 根據(jù)權利要求1或5所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法， 其特征是，所述DNA分子，其所含堿基對數(shù)目為lOObp-10000bp。
7. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述超聲處理，其處理時間為60-120min。
8. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述金納米棒陣列，包括一維金納米棒陣列、二維金納米棒陣列、三維 金納米棒陣列，通過改變DNA分子的物質(zhì)的量濃度范圍來控制金納米棒的一維、 二維、三維陣列，DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于0ixM到小于5.0uM時，得到一維 的金納米棒陣列；DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于等于5.0uM到小于等于10.0wM 時，得到二維的金納米棒陣列；DNA分子物質(zhì)的量濃度為大于IOpM到小于等于 15. 0 ii M時，得到三維的金納米棒陣列。
9. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，其 特征是，所述真空干燥，持續(xù)時間為24-48小時。
10. 根據(jù)權利要求1所述的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法， 其特征是，所述薄膜，為尼龍膜或硝酸纖維膜。
全文摘要
一種納米技術領域的基于DNA分子的金納米棒陣列芯片的制作方法，包括如下步驟步驟一，制備金納米棒溶液，然后將DNA分子加入該溶液中，金納米棒溶液與DNA分子比例為10∶1，并加入水或有機溶劑，水或有機溶劑的體積為金納米棒溶液的0.1-10倍；步驟二，對步驟一中的溶液進行超聲處理，獲得金納米棒陣列溶液；步驟三，將金納米棒陣列溶液滴加到薄膜或玻璃上，常溫真空干燥一段時間，制備成金納米棒陣列芯片。本發(fā)明能夠在溶液中大規(guī)模制備納米棒陣列，同時也提高了溶液穩(wěn)定性。
文檔編號C12Q1/68GK101153333SQ200710046478
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權日2007年9月27日
發(fā)明者崔大祥, 萍 徐, 潘碧峰, 蓉 賀, 峰 高 申請人:上海交通大學