一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，根据聚合底物对单、双链DNA吸附能力的不同，设计在纳米结构特定位点上伸出单、双链DNA；在纳米材料上连上生物酶和催化聚合反应，在已连有生物酶的纳米材料中，加入生物酶催化聚合反应所需的试剂，根据不同的需要，控制反应条件，即可在原有纳米结构上，定点催化高分子聚合物在单、双链DNA上的生成。该方法通过控制反应条件，在金纳米颗粒、DNA折纸等纳米结构修饰上生物酶，利用生物酶在单、双链DNA修饰的材料表面催化生成聚合物。该方法可快速在特定位置上催化有序聚合反应发生。可被应用于在贵金属颗粒等多种材料上形成复合高分子聚合物，从而对材料的光、电活性进行调控。

Method for controlling site enzyme catalyzed polymerization reaction of nano enzyme material based on DNA

The invention relates to a method for regulating DNA biological enzyme based on nano materials on fixed catalytic polymerization, polymerization according to different substrates on single and double strand DNA adsorption capacity, design of single and double stranded DNA out in the specific sites of nano structure; in nano materials even on biological enzyme and catalytic polymerization, in nanomaterials have been connected with biological enzyme, biological enzyme reagent is added to the desired catalytic polymerization, according to different needs, you can control the reaction conditions, the original nano structure, formation of catalytic polymer in the fixed-point single and double stranded DNA. By controlling the reaction conditions, the enzyme is modified on the nano structure of gold nanoparticles and DNA origami. The enzyme is used to catalyze the formation of polymers on the surface of single and double stranded DNA modified materials. The method can catalyze the polymerization of ordered polymerization rapidly in a specific position. It can be applied to the formation of composite polymers on precious metal particles and other materials, thus controlling the light and electrical activity of materials.

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法
本专利技术涉及一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法。本专利技术属于纳米高分子材料领域。
技术介绍
具有π电子主链的高分子聚合物具有优良的导电性能，在居民的日常生活中具有广泛的应用。传统化学合成方法往往是在极性pH条件下性进行，产量低，副反应多。同时温度控制、压强控制严格，设备投入高，不利于扩大生产。而生物酶是一种具有催化功能、活性可调控的生物催化剂。在催化化学反应时，生物酶具有活性高、专一性强、活性可调控、反应条件温和的优点。因此应用生物酶合成高分子聚合物是一种简单且对环境友好的合成方法，不仅可显著降低生产时的毒性，并且也降低了生产成本，是高分子材料合成的趋势。然而酶促聚合反应通常伴随着副反应的发生，无序的聚合物结构不仅没有电活性，而且会妨害有序聚合物的生成。并且针对纳米级的材料，很难实现定点控制酶促聚合反应发生。因而需要研发一种可定位、快速简便的酶促催化聚合反应的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有问题的不足，提出一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法。在本专利技术的技术方案中，以辣根过氧化物酶为催化剂、以金纳米颗粒和DNA折纸为纳米材料，在单双链DNA上定点进行苯胺聚合反应及3.3-二氨基联苯胺（DAB）聚合反应。本专利技术的方法具体为：一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）根据聚合底物对单、双链DNA吸附能力的不同，设计在纳米结构特定位点上伸出单、双链DNA；（2）在纳米材料上连上生物酶：将贵金属纳米颗粒与官能团修饰的DNA以一定比例混合均匀，逐步加盐老化，随后25℃孵育12hr后，除去多余的DNA，得到连有DNA的贵金属纳米颗粒；生物酶或官能团化的生物酶与相应官能团修饰的DNA混合均匀，25℃孵育一定时间后，超滤除去多余的DNA，即可得到连接有DNA的生物酶；随后生物酶通过DNA连接在贵金属纳米颗粒上，或者生物酶与贵金属纳米颗粒通过DNA连接在同一纳米材料上；（3）催化聚合反应：在已连有生物酶的纳米材料中，加入生物酶催化聚合反应所需的试剂，根据不同的需要，控制反应条件，即可在原有纳米结构上，定点催化高分子聚合物在单、双链DNA上的生成。生物酶与聚合位点同时连接在同一纳米结构上。所采用的贵金属纳米颗粒为球形、棒性、三角形、立方体、金、银贵金属纳米颗粒，所采用的贵金属纳米颗粒的尺寸在5-300nm。所采用的DNA折纸结构为三角形、方形、条带形、立方体、二维或三维DNA纳米结构。所述的酶为辣根过氧化物酶（HRP）、亲和素修饰辣根过氧化物酶（avidin-HRP）、链霉亲和素修饰的辣根过氧化物酶（streptavidin-HRP）。所述的生物酶与DNA连接方法可以为巯基DNA与交联剂（3-(2-吡啶二巯基)丙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯，SPDP）孵育的生物酶相连，炔基修饰的DNA和叠氮化的生物酶利用铜催化的click反应相连，生物素修饰的DNA与亲和素功能化的生物酶相连，氨基或羧基修饰的DNA和生物酶利用缩合反应等各种化学连接方式连接。贵金属纳米颗粒与巯基DNA的孵育比例在1:1000-1:5000。所述的催化聚合反应可为酶催化芳胺类、酚类、联胺类聚合反应。生物酶催化的底物浓度在0.01-2mM。所述的催化聚合反应时间在1-40min。在纳米材料连接生物酶，并以单、双链DNA作为模板，利用不同材料对单双链DNA吸附能力的不同，定点调控高分子聚合物的生成。该方法具有反应迅速、毒性低、生物安全性高的优点。该方法通过控制反应条件，在金纳米颗粒、DNA折纸等纳米结构修饰上生物酶，利用生物酶在单、双链DNA修饰的材料表面催化生成聚合物。该方法可快速在特定位置上催化有序聚合反应发生。可被应用于在贵金属颗粒等多种材料上形成复合高分子聚合物，从而对材料的光、电活性进行调控。本专利技术的优点在于：在材料上修饰生物酶，利用酶催化聚合反应，反应迅速、毒性低、生物安全性高。本专利技术利用不同材料对单、双链DNA吸附能力的差异，可实现定点聚合。附图说明图1为实施案例1聚合反应后的扫描电子显微镜表征图。图2为实施案例2聚合反应后的原子力显微镜表征图。图3为实施案例3聚合反应后的原子力显微镜表征图。具体实施方式以下通过具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不限制本专利技术的范围。实施例1将400μL50nm球型金纳米颗粒（AuNPs,1nM）与单链巯基修饰的DNA1以1:3000比例混匀，缓慢加入氯化钠（NaCl）及磷酸缓冲液（PB）使其终浓度分别达到0.1M和10mM。混合液25℃孵育8hr后，采用10mM磷酸盐缓冲液（PBS）离心三次洗去多余的DNA1。所得沉淀物重新用PBS重悬，按照1:3000比例加入生物素修饰的单链DNA2，25℃孵育使DNA1与DNA2杂交。反应8hr后，离心三次采用PBS洗去多余的DNA2，所得沉淀物采用PBS重悬后，加入2μL1mMavidin-HRP孵育30min后，离心三次洗去多余的avidin-HRP，并用400μLPBS重悬沉淀物。取50μL稀释200倍的重悬液滴加在洗净的导电玻片上吸附5min，PBS冲去游离的颗粒，氮气轻轻吹去溶液后，加入反应液（1mM苯胺，aniline与1mM过氧化氢，H2O2）反应5min后，采用PBS洗去反应液。图1为所得结构扫描电子显微镜表征图，从图中可看到HRP催化苯胺在直径50nm的颗粒表面生长了一层聚苯胺外壳，颗粒尺寸增涨到67.5nm。实施例2设计DNA折纸结构（折纸订书钉链原有序列为DNA序列14-221），DNA折纸B-56位置伸出一条单链-DNA与巯基修饰的互补链DNA3进行杂交，在A-28、B-28、C-28（分别为DNA4、5、6）位置分别伸出单链DNA。将2nM长链M13DNA与20nM订书钉链DNA（包含替换链）在1×TAE-Mg2+缓冲液（40mM三（羟甲基）氨基甲烷，2mM醋酸，2mM乙二胺四乙酸二钠，12.5mM醋酸镁，pH8.0）中混合均匀，95℃孵育5min后，缓慢退火至25℃，采用100kd超滤管离心三次，滤去多余单链，回收管内的三角折纸结构，并用紫外定量其浓度。HRP与SPDP以1:20比例孵育2hr（PBS，pH=8.5），超滤三次洗去多余的SPDP。随后HRP与巯基修饰的DNA3以1:10比例孵育12hr（PBS，pH=7.4），超滤洗去多余的DNA3，并用紫外定量HRP浓度。将5nM所得三角形DNA折纸结构与50nMHRP-DNA3复合物混合均匀，PCR仪从37缓慢退火1hr，利用DNA杂交作用将HRP固定在DNA折纸结构上，随后凝胶电泳除去残余的HRP-DNA3复合物。所得结构滴加在云母表面吸附3min后，1×TAE-Mg2+缓冲液轻轻洗去多余的结构。在云母表面滴加含有1mM3.3-二氨基联苯胺（DAB）和1mMH2O2的1×TAE-Mg2+反应液，反应8min洗去多余的反应液。图2为所得三角形DNA折纸结构在聚合反应结束后的原子力显微镜表征图。从图中可以看出，三角形DNA折纸伸出单链的位置生成聚合物，在显微镜下呈现白色亮点。实施例3将棒型金纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）根据聚合底物对单、双链DNA吸附能力的不同，设计在纳米结构特定位点上伸出单、双链DNA；（2）在纳米材料上连上生物酶：将贵金属纳米颗粒与官能团修饰的DNA以一定比例混合均匀，逐步加盐老化，随后25℃孵育12 hr后，除去多余的DNA，得到连有DNA的贵金属纳米颗粒；生物酶或官能团化的生物酶与相应官能团修饰的DNA混合均匀，25℃孵育一定时间后，超滤除去多余的DNA，即可得到连接有DNA的生物酶；随后生物酶通过DNA连接在贵金属纳米颗粒上，或者生物酶与贵金属纳米颗粒通过DNA连接在同一纳米材料上；（3）催化聚合反应：在已连有生物酶的纳米材料中，加入生物酶催化聚合反应所需的试剂，根据不同的需要，控制反应条件，即可在原有纳米结构上，定点催化高分子聚合物在单、双链DNA上的生成。

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）根据聚合底物对单、双链DNA吸附能力的不同，设计在纳米结构特定位点上伸出单、双链DNA；（2）在纳米材料上连上生物酶：将贵金属纳米颗粒与官能团修饰的DNA以一定比例混合均匀，逐步加盐老化，随后25℃孵育12hr后，除去多余的DNA，得到连有DNA的贵金属纳米颗粒；生物酶或官能团化的生物酶与相应官能团修饰的DNA混合均匀，25℃孵育一定时间后，超滤除去多余的DNA，即可得到连接有DNA的生物酶；随后生物酶通过DNA连接在贵金属纳米颗粒上，或者生物酶与贵金属纳米颗粒通过DNA连接在同一纳米材料上；（3）催化聚合反应：在已连有生物酶的纳米材料中，加入生物酶催化聚合反应所需的试剂，根据不同的需要，控制反应条件，即可在原有纳米结构上，定点催化高分子聚合物在单、双链DNA上的生成。2.根据权利要求1所述基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，生物酶与聚合位点同时连接在同一纳米结构上。3.根据权利要求1所述基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，所采用的贵金属纳米颗粒为球形、棒性、三角形、立方体、金、银贵金属纳米颗粒，所采用的贵金属纳米颗粒的尺寸在5-300nm。4.根据权利要求1所述基于DNA调控生物酶在纳米材料上定点催化聚合反应的方法，其特征在于，所采用的DNA折纸结构为三角形、方形、条...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，徐艳，王萍，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31