基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，包括DNA自組裝結(jié)構(gòu)的制備；DNA分子與金基底的吸附；可得到該pH敏感材料；DNA分子在酸性條件下，受到H+的作用，鏈段將發(fā)生一定程度的構(gòu)型變化；同時(shí)，一些對(duì)于pH比較敏感的DNA鏈段，如i-motif鏈段，會(huì)由于H+的作用而產(chǎn)生折疊；因而，DNA分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。本發(fā)明在金表面修飾DNA分子，材料制備工藝成熟，可操作性強(qiáng)；對(duì)于pH變化的靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，是一種質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的綠色清潔的可逆的生物轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置，在生物傳感器領(lǐng)域，清潔能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，具體涉及一種以金為基底，在其表面分別修飾不同構(gòu)型的DNA分子。

【背景技術(shù)】
[0002]pH值對(duì)于生物體的正常運(yùn)作有著非常重要的作用，涉及許多生理和病理過(guò)程，例如，細(xì)胞的增殖和凋亡、細(xì)胞內(nèi)吞作用、離子運(yùn)輸和動(dòng)態(tài)平衡、多藥抗藥性等，一旦pH值異常，將會(huì)引起細(xì)胞功能紊亂。人體的pH分布極為復(fù)雜，血液pH范圍在7.35^7.45之間，胰腺介于8.(Γ8.3，而胃液則在0.8?1.5 ;細(xì)胞中的pH也可劃分為兩個(gè)范圍，酸性細(xì)胞器(內(nèi)涵體、溶酶體)的pH范圍4.5飛.0，細(xì)胞質(zhì)6.8^7.4 ;此外，某些腫瘤細(xì)胞的分泌物會(huì)引起周圍環(huán)境pH的改變。因此，pH敏感材料的研究將對(duì)生物學(xué)和醫(yī)學(xué)具有重要意義。
[0003]pH敏感物質(zhì)已經(jīng)在pH探針檢測(cè)中有廣泛的應(yīng)用，顯示出較高的靈敏度，而且部分探針也應(yīng)用在生物體檢測(cè)中。但是DNA三維折紙結(jié)構(gòu)作為一種生物相容性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,響應(yīng)敏感的生物控釋材料，未見將其對(duì)pH值的敏感響應(yīng)應(yīng)用于檢測(cè)或其他任何領(lǐng)域。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法。
[0005]一種基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)DNA自組裝結(jié)構(gòu)的制備:
各取2 μ L不同的DNA單鏈加入到42 μ L Tris-MgCl溶液中，DNA單鏈50 μ M，Tris-MgCl溶液Tris 10mM, MgCl2 50mM, pH8 ;將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘；DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成不同構(gòu)型的小分子;
(2)DNA分子與金基底的吸附:
取巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7-0CH3，lmg/mL)修飾在金表面，靜置30分鐘；然后取自組裝好的DNA分子溶液，滴加到上述金表面，充分反應(yīng)2小時(shí)，即可得到該pH敏感材料；
(3)DNA分子的構(gòu)型變化:
DNA分子在酸性條件下，受到礦的作用，鏈段將發(fā)生一定程度的構(gòu)型變化；同時(shí)，一些對(duì)于pH比較敏感的DNA鏈段，如1-motif鏈段，會(huì)由于H+的作用而產(chǎn)生折疊；因而，DNA分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
[0006]所述的金基底為納米金溶液，或鍍有金薄膜的石英晶片。
[0007]所述的DNA分子與表面連接的方式為巰基-金之間的鍵連接。
[0008]所述的DNA單鏈為序列表中的序列。
[0009]這些DNA分子隨著pH的變化發(fā)生了可逆的構(gòu)型變化，作為一種質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的清潔能源的生物控釋開關(guān)具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，金和DNA分子均具有良好的生物相容性，因而本發(fā)明可以應(yīng)用于納米生物醫(yī)藥材料領(lǐng)域，具體有望在pH檢測(cè)與生物智能控釋等方面有良好的應(yīng)用。
[0010]而本發(fā)明的研究成果將對(duì)構(gòu)建新型生物pH傳感器提供一個(gè)新思路。DNA分子在不同pH環(huán)境下構(gòu)型會(huì)發(fā)生可逆的改變，而多重構(gòu)型的DNA分子在經(jīng)歷生物體復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境之后仍能保持對(duì)pH相當(dāng)?shù)撵`敏度。因此本發(fā)明具有較高的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0011]本發(fā)明目的在于構(gòu)建一種新型pH敏感元件，有望應(yīng)用在pH檢測(cè)及生物智能控釋等領(lǐng)域。該方法通過(guò)選取不同的DNA鏈，自組裝成不同構(gòu)型的DNA分子，如DNA四面體(TDN)，1-motif，DNA雙鏈(dS)等。這些DNA分子在酸性條件下會(huì)發(fā)生構(gòu)型變化甚至折疊，顯示出與中性或偏堿性條件下截然不同的分子構(gòu)型，而pH恢復(fù)之后，其構(gòu)型也會(huì)隨之恢復(fù)。本發(fā)明對(duì)于pH有非常高的靈敏度，同時(shí)能應(yīng)對(duì)更為復(fù)雜的生物內(nèi)環(huán)境。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明在金表面修飾DNA分子，材料制備工藝成熟，可操作性強(qiáng)；
本發(fā)明制備的材料對(duì)于pH變化的靈敏度高，能實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，是一種質(zhì)子驅(qū)動(dòng)的綠色清潔的可逆的生物轉(zhuǎn)換開關(guān)裝置，在生物傳感器領(lǐng)域，清潔能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；本發(fā)明中的多重DNA分子構(gòu)型穩(wěn)定，具有一定的剛性，在經(jīng)歷生物體復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境之后仍能保持對(duì)pH相當(dāng)?shù)撵`敏度，滿足生物體外和體內(nèi)的檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例1所制備的鍍金石英晶體-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。
[0014]圖2為實(shí)施例2所制備的鍍金石英晶體-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。
[0015]圖3為實(shí)施例3所制備的鍍金石英晶體-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。
[0016]圖4為實(shí)施例4所制備的納米金-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。
[0017]圖5為實(shí)施例5所制備的納米金-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。
[0018]圖6為實(shí)施例6所制備的納米金-DNA pH敏感元件的作用機(jī)理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施例1:
各取 2μ L 單鏈 DNA (50μΜ) 1、2、3、4 加入到 42μ L Tris-MgCl (Tris 10mM, MgCl250mM, pH8)溶液中。將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成含1-motif的DNA四面體。
[0021]取100 μ L巰基偶聯(lián)劑(SH-(PEG)7-0CH3，0.lmg/mL)滴加在鍍金石英晶體的表面，靜置30分鐘。取100 μ L自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述鍍金石英晶體表面，充分修飾5小時(shí)(過(guò)夜)。
[0022]該TDN 1-motif分子在酸性條件下，受到礦的作用，DNA四面體將發(fā)生一定程度的形變。同時(shí)1-motif鏈段，會(huì)由于H+的作用而產(chǎn)生折疊。因而，TDN 1-motif分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上，成為一種pH敏感的生物傳感材料。
[0023]實(shí)施例2:
各取 2μ L 單鏈 DNA (50μΜ) 2、3、4、5 加入到 42μ L Tris-MgCl (Tris lOmM, MgCl250mM, pH8)溶液中。將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成DNA四面體。
[0024]取100 μ L巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7_OCH3，0.lmg/mL)滴加在鍍金石英晶體的表面，靜置30分鐘。取100 μ L自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述鍍金石英晶體表面，充分修飾5小時(shí)(過(guò)夜)。
[0025]該鍍金石英晶體TDN分子在酸性條件下，受到Η+的作用，DNA四面體將發(fā)生一定程度的形變。因而，TDN分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
[0026]實(shí)施例3:
各取 2yL 單鏈 DNA (50 μ M) 6、7 力口入至IJ 46 μ L Tris-MgCl (Tris lOmM, MgCl2 50mM,pH8)溶液中。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成雙鏈DNA分子。
[0027]取100 μ L巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7_0CH3，0.lmg/mL)滴加在鍍金石英晶體的表面，靜置30分鐘。取100 μ L自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述鍍金石英晶體表面，充分修飾5小時(shí)(過(guò)夜)。
[0028]該鍍金石英晶體-雙鏈DNA分子在酸性條件下，受到Η+的作用，雙鏈DNA分子鏈段將發(fā)生一定程度的卷曲。因而，雙鏈DNA分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
[0029]實(shí)施例4:
各取 2μ L 單鏈 DNA (50μΜ) 1、2、3、4 加入到 42μ L Tris-MgCl (Tris lOmM, MgCl250mM, pH8)溶液中。將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成含1-motif的DNA四面體。
[0030]取1 μ L 巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7_0CH3，lmg/mL)加入到 lmL 納米金(13nm，3nM)的溶液中，靜置30分鐘。取20yL自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述納米金的溶液中，充分反應(yīng)2小時(shí)，即可得到該pH敏感材料。
[0031]該納米金-TDN 1-motif分子在酸性條件下，受到H+的作用，DNA四面體將發(fā)生一定程度的形變。同時(shí)1-motif鏈段,會(huì)由于H+的作用而產(chǎn)生折疊。因而,TDN 1-motif分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
[0032]實(shí)施例5:
各取 2μ L 單鏈 DNA (50μΜ) 2、3、4、5 加入到 42μ L Tris-MgCl (Tris 10mM, MgCl250mM, pH8)溶液中。將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成DNA四面體。
[0033]取1 μ L 巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7_0CH3，lmg/mL)加入到 lmL 納米金(13nm，3nM)的溶液中，靜置30分鐘。取20yL自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述納米金的溶液中，充分反應(yīng)2小時(shí)，即可得到該pH敏感材料。
[0034]該納米金-TDN分子在酸性條件下，受到H+的作用，DNA四面體將發(fā)生一定程度的形變。因而，TDN分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
[0035]實(shí)施例6:
各取 2 μ L 單鏈 DNA (50 μ M) Double Strains-A、Double Strains-B 加入到 46 μ LTris-MgCl (Tris lOmM, MgCl2 50mM, pH8)溶液中。將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘。DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成雙鏈DNA分子。
[0036]取1 μ L 巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7_OCH3，lmg/mL)加入到 lmL 納米金(13nm，3nM)的溶液中，靜置30分鐘。取20yL自組裝完成的DNA分子溶液，滴加到上述納米金的溶液中，充分反應(yīng)2小時(shí)，即可得到該pH敏感材料。
[0037]該納米金-雙鏈DNA分子在酸性條件下，受到H+的作用，雙鏈DNA分子鏈段將發(fā)生一定程度的卷曲。因而，雙鏈DNA分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)DNA自組裝結(jié)構(gòu)的制備: 各取2μ L不同的DNA單鏈加入到42μ L Tris-MgCl溶液中，DNA單鏈50 μ M，Tris-MgCl溶液Tris 1mM, MgCl2 50mM, pH8 ;將混合溶液置于PCR儀中，反應(yīng)溫度為95°C，10分鐘后冷卻至4°C，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘；DNA單鏈即可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)自組裝成不同構(gòu)型的小分子; (2)DNA分子與金基底的吸附: 取巰基偶聯(lián)劑(SH- (PEG) 7-OCH3，lmg/mL)修飾在金表面，靜置30分鐘；然后取自組裝好的DNA分子溶液，滴加到上述金表面，充分反應(yīng)2小時(shí)，即可得到該pH敏感材料； (3) DNA分子的構(gòu)型變化: DNA分子在酸性條件下，受到H+的作用，鏈段將發(fā)生一定程度的構(gòu)型變化；同時(shí)，一些對(duì)于pH比較敏感的DNA鏈段，如1-motif鏈段，會(huì)由于H+的作用而產(chǎn)生折疊；因而，DNA分子能夠?qū)H的變化直觀的反應(yīng)在構(gòu)型的變化上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，所述的金基底為納米金溶液，或鍍有金薄膜的石英晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，所述的DNA分子與表面連接的方式為巰基-金之間的鍵連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DNA分子構(gòu)型變化的pH敏感元件的制備方法，其特征在于，所述的DNA單鏈為序列表中的序列。
【文檔編號(hào)】G01N33/68GK104391119SQ201410661290
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】何丹農(nóng), 王萍, 夏智偉 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司