本發(fā)明涉及一種螺旋槳狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的制備方法，屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

手性的納米組裝體是目前最為活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于生物傳感、手性催化和光學(xué)器件等。組裝基元的不同構(gòu)象排布，將決定組裝體的不同功能特性，尤其會(huì)產(chǎn)生顯著不同的光學(xué)性質(zhì)。手性活性的納米組裝體，按照組裝基元成分，可以劃分為聚合物組裝體、貴金屬組裝體、半導(dǎo)體組裝體、碳基納米材料組裝體及其納米復(fù)合材料組裝體。手性組裝體具有不同的形態(tài)，主要表現(xiàn)為螺旋體、四面體、剪刀狀的二聚體等。最近有研究報(bào)道指出，分子水平的螺旋漿狀的有機(jī)復(fù)合物具有手性活性。然而，到目前為止，尚還沒有在納米水平上的螺旋漿狀的手性組裝體的研究報(bào)道。

鑭系摻雜的上轉(zhuǎn)換納米材料，能夠發(fā)射更高能量的磷光。與傳統(tǒng)的下轉(zhuǎn)換的熒光材料相比，上轉(zhuǎn)換納米材料具有窄發(fā)射帶，長(zhǎng)熒光壽命，無毒等優(yōu)點(diǎn)。因此，在生物成像、癌癥的診斷和治療等領(lǐng)域，它們是一種前景光明的熒光材料。然而，常規(guī)的鑭系摻雜的上轉(zhuǎn)換熒光納米材料的發(fā)射效率非常低，往往不超過1%；這限制了它們?cè)谏镝t(yī)學(xué)和光學(xué)器件等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。有研究指出，金屬納米材料的等離子共振耦合會(huì)增強(qiáng)熒光染料和熒光納米粒子的熒光強(qiáng)度。最新的研究發(fā)現(xiàn)，等離子納米粒子或納米棒的組裝體也可能實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度的增強(qiáng)。然而，目前基于等離子的上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)的研究都集中于剛性的固相金屬基底，而不能在生物體內(nèi)分散的剛性的固相金屬基底，限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種螺旋槳狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的制備方法，其將端面封閉的金納米棒進(jìn)行側(cè)面核酸偶聯(lián)，之后與互補(bǔ)核酸修飾的上轉(zhuǎn)換納米粒子雜交，自組裝形成上轉(zhuǎn)換納米粒子為轂，金納米棒為葉的“螺旋漿”狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性納米組裝體。該納米組裝體不僅具有強(qiáng)的手性吸收效應(yīng)，而且在溶液狀態(tài)下呈現(xiàn)出強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)效應(yīng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案，一種螺旋漿狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

（1）金納米棒的合成：

①晶種合成：取潔凈的三角燒瓶中加入含有0.25mM 的氯金酸和0.1M的十六烷基三甲基溴化銨CTAB溶液，然后加入0.6mL 新配制的 0.01M 硼氫化鈉溶液快速攪拌2min，溶液顏色即由黃褐色變?yōu)闇\棕色；

②金納米棒生長(zhǎng)：取5mL 4g/L的氯金酸溶液加入到 5mL 0.2M的CTAB溶液中，并加入4mL超純水；另取0.125mL 0.01M硝酸銀溶液和65μL的0.1M抗壞血酸溶液分別加入到上述混合體系中，28℃下攪拌反應(yīng)2min，溶液由褐色變成無色；最后加入0.05mL步驟 ①所得晶種溶液攪拌20s之后30℃靜置反應(yīng)3h，得到金納米棒溶液；

（2）上轉(zhuǎn)換納米粒子（NaGdF 4 :Yb，Er）的合成：將0.05-1mmol 六水合氯化釓、0.01-0.03mmol 六水合氯化鐿和0.001-0.005mmol 六水合氯化鉺，加入到 30mL 油酸與十八烯體積比1︰3的混合溶劑中。真空100℃加熱脫水2h，反應(yīng)液冷卻至室溫。滴加溶有 2.5 mmol NaOH 和 4 mmol氟化銨 的5mL甲醇溶液于上述反應(yīng)液中。氮?dú)夥障录訜岬?280-320℃，1h后停止反應(yīng)。待反應(yīng)液冷卻至室溫后，用乙醇沉淀，并洗滌三次，離心分離得到綠光發(fā)射的納米顆粒。隨后與一端為馬來酰亞胺另一端為雙磷酸修飾的聚乙二醇進(jìn)行配體置換，獲得分散在水相中的納米顆粒；

（3）金納米棒的核酸修飾：制備NR-DNA1復(fù)合體；取步驟（1）合成的200μL的金納米棒8500 rpm 離心 15min，去上清后，沉淀重懸在 200μL的5mM CTAB 溶液中。然后，按摩爾濃度比金納米棒（NR）︰DNA13為1︰80 的偶聯(lián)比進(jìn)行偶聯(lián)，靜置12h，離心，重懸于200μL 含5mM CTAB 的10mM Tris-HCl緩沖溶液中，然后加入1μL的DNA1，室溫孵育2h，之后按摩爾濃度比金納米棒︰聚乙二醇（PEG）為 1︰200 的偶聯(lián)比，進(jìn)行孵育偶聯(lián)，最后，兩次離心，去除多余的PEG，重懸于200μL的10mM Tris-HCl溶液中，得到NR-DNA1復(fù)合體。

（4）上轉(zhuǎn)換納米粒子的核酸修飾：制備UCNP-DNA2 復(fù)合體；取步驟（2）合成的100μL的上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNP），離心，重懸于100μL 10mM Tris-HCl溶液中，加入1μL的DNA2，并按摩爾濃度比上轉(zhuǎn)換納米粒子︰DNA2為1︰3的偶聯(lián)比進(jìn)行偶聯(lián)，4h后，溶液轉(zhuǎn)移至10kD的超濾管中，10000rpm超濾離心20min，去上清后，沉淀重懸在 100μL的10mM Tris-HCl溶液中，得到UCNP-DNA2復(fù)合體；

（5）金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子手性自組裝超結(jié)構(gòu)的制備：將步驟（3）和步驟（4）得到200μL 的NR-DNA1 復(fù)合體及 5μL 的UCNP-DNA2復(fù)合體進(jìn)行混合，室溫下孵育2.5h，之后溶液8000rpm離心15min，去上清，重懸于100μL的10mM Tris-HCl溶液中，即得到螺旋槳狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)。

所述螺旋槳狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的圓二色信號(hào)強(qiáng)度可控調(diào)節(jié)，最大強(qiáng)度高達(dá)80.9 mdeg，各項(xiàng)異性因子高達(dá)2.1×10^-2。

所述螺旋槳狀金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的熒光增強(qiáng)效應(yīng)，能夠在生物相容性的水溶液中可控增強(qiáng)，上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)因子高達(dá)21.3。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在溶液體系中制備了手性的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子組裝體超結(jié)構(gòu)，調(diào)控特定組裝基元的尺寸（金納米棒的長(zhǎng)徑比，上轉(zhuǎn)換納米粒子的粒徑，核酸序列的堿基長(zhǎng)度），制備的納米水平的四聚體，在可見光區(qū)域表現(xiàn)出非常強(qiáng)的可調(diào)的手性活性。此外，控制上轉(zhuǎn)換納米粒子與金納米棒的間距，還能夠在水溶液體系中實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換熒光增強(qiáng)，增強(qiáng)幅度高達(dá)21.3倍。

附圖說明

圖1 螺旋槳狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖。

圖2 不同間距（金納米棒與上轉(zhuǎn)換粒子間距）的螺旋槳狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的圓二色圖譜。

（1、NR750：縱向吸收為750nm的金納米棒；2、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為11bp；3、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為24bp；4、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為36bp；5、UCNP20：20nm的上轉(zhuǎn)換納米粒子；6、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為18bp；7、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為30bp；8、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為45bp。）

圖3 不同長(zhǎng)徑比金納米棒的“螺旋槳”狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的圓二色圖譜。

（1、UCNP20：20nm的上轉(zhuǎn)換納米粒子；2、NR700：縱向吸收為700nm的金納米棒；3、AUT750：750nm的金納米棒組裝的四聚體；4、NR800：縱向吸收為800nm的金納米棒；5、AUT800：800nm的金納米棒組裝的四聚體；6、AUT700：700nm的金納米棒組裝的四聚體；7、NR750：縱向吸收為750nm的金納米棒。）

圖4 不同間距（金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子間距）的“螺旋槳”狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的熒光圖譜。

（1、NR900：縱向吸收為900nm的金納米棒；2、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為11bp；3、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為24bp；4、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為36bp；5、UCNP20：20nm的上轉(zhuǎn)換納米粒子；6、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為18bp；7、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為30bp；8、金納米棒與上轉(zhuǎn)換納米粒子的間距為45bp。）

圖5 不同長(zhǎng)徑比金納米棒的“螺旋槳”狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)的熒光圖譜。

（1、UCNP20：20nm的上轉(zhuǎn)換納米粒子；2、NR850：縱向吸收為850nm的金納米棒；3、NR750：縱向吸收為750nm的金納米棒；4。AUT900：900nm的金納米棒組裝的四聚體；5、AUT850：850nm的金納米棒組裝的四聚體；6、AUT800：800nm的金納米棒組裝的四聚體；7、AUT750：750nm的金納米棒組裝的四聚體；8、AUT700：700nm的金納米棒組裝的四聚體；9、NR900：縱向吸收為900nm的金納米棒；10、NR800：縱向吸收為800nm的金納米棒；11、NR700：縱向吸收為700nm的金納米棒。）。

具體實(shí)施方式

所有的玻璃儀器都用王水浸泡24h，并用雙蒸水清洗，晾干備用。實(shí)驗(yàn)中使用的水均為18.2 MΩ的Milli-Q 超純水。

（1）金納米棒的合成：

①晶種合成：取潔凈的三角燒瓶中加入含有0.25 mM 的氯金酸和0.1M的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）溶液，然后加入0.6 mL 新配制的 0.01M 硼氫化鈉溶液快速攪拌 2min，溶液顏色即由黃褐色變?yōu)闇\棕色。

②金納米棒生長(zhǎng)：取 5mL的 4g/L 氯金酸溶液加入到 5mL的 0.2 M的 CTAB溶液中，并加入4mL超純水；另取0.125mL的0.01M 硝酸銀溶液和 65μL的 0.1M 抗壞血酸溶液分別加入到上述混合體系中，28℃下攪拌反應(yīng) 2min，溶液由褐色變成無色；最后加入0.05mL 步驟 ①所得晶種溶液攪拌20s之后 30℃靜置反應(yīng) 3h，得到金納米棒溶液。

（2）上轉(zhuǎn)換納米粒子（NaGdF 4 :Yb，Er）的合成：將 0.05-1mmol六水合氯化釓、0.01-0.03mmol 六水合氯化鐿和0.001-0.005mmol 六水合氯化鉺，加入到30mL油酸與十八烯體積比1︰3的混合溶劑中。真空100℃加熱脫水2h，反應(yīng)液冷卻至室溫。滴加溶有 2.5 mmol NaOH 和 4 mmol氟化銨 的5mL甲醇溶液于上述反應(yīng)液中。氮?dú)夥障录訜岬?280-320℃，1h后停止反應(yīng)。待反應(yīng)液冷卻至室溫后，用乙醇沉淀，并洗滌三次，離心分離得到綠光發(fā)射的納米顆粒。隨后與一端為馬來酰亞胺另一端為雙磷酸修飾的聚乙二醇進(jìn)行配體置換，獲得分散在水相中的納米顆粒。

（3）金納米棒的核酸修飾：取步驟（1）合成的200μL的金納米棒8500rpm 離心15min，去上清后，沉淀重懸在200μL 5mM CTAB 溶液中。然后，按摩爾濃度比金納米棒（NR）︰DNA13 為 1︰80 的偶聯(lián)比進(jìn)行偶聯(lián)，靜置12h，離心，重懸于200μL含5mM CTAB 的10mM Tris-HCl緩沖溶液中，然后加入1μL的DNA1，室溫孵育2h，之后按摩爾濃度比金納米棒︰聚乙二醇（PEG）為 1︰200 的偶聯(lián)比，進(jìn)行孵育偶聯(lián)，最后，兩次離心，去除多余的PEG，重懸于200μL的10mM Tris-HCl溶液中，得到NR-DNA1復(fù)合體。

（4）上轉(zhuǎn)換納米粒子的核酸修飾：取步驟（2）合成的100μL的上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNP），離心，重懸于100μL 10mM Tris-HCl溶液中，加入1μL的DNA2，并按摩爾濃度比上轉(zhuǎn)換納米粒子︰DNA2 為 1︰3的偶聯(lián)比進(jìn)行偶聯(lián)，4h后，溶液轉(zhuǎn)移至10kD的超濾管中，10000rpm超濾離心20min，去上清后，沉淀重懸在 100μL 的10mM Tris-HCl溶液中，得到UCNP-DNA2 復(fù)合體；

DNA1: 5′-SH-GCT GCT GCT TTT TTT TTT TTT TTT TTT TTT -3′；

DNA2: 5′-SH-TCG TCG TCG AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA -3′；

DNA13: 5′-SH-CCC CCC CCC CCC -3′。

（5）螺旋槳狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)：將步驟（3）和步驟（4）得到200μL 的NR-DNA1 復(fù)合體及 5μL 的UCNP-DNA2 復(fù)合體進(jìn)行混合，室溫下孵育2.5h，之后溶液8000 rpm離心15min，去上清，重懸于100μL 的10mM Tris-HCl溶液中，即得到螺旋槳狀的金納米棒-上轉(zhuǎn)換納米粒子的手性自組裝超結(jié)構(gòu)。