一种核酸纳米结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种核酸纳米结构及其制备方法和应用，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。所述核酸纳米结构稳定性好，可以锚定两个80nm的金三棱柱，制备得到的金蝴蝶结结构可以产生强烈的电磁场，实现了单分子拉曼检测。

A nucleic acid nanostructure and its preparation and Application

The invention provides a nano structure of nucleic acid and its preparation method and the application of the DNA nanostructures as hexagonal DNA nanostructures through six triangular DNA origami structure of DNA origami assembled form, specifically through the scaffolding chain and staples chain and chain capture hybrid, hexagonal DNA nanostructures through connection the chain chain respectively with six triangular hybrid scaffold DNA Origami structure and self-assembly. The nucleic acid nanostructure has good stability and can anchor two 80nm prismatic columns. The prepared gold bow structure can generate strong electromagnetic field and achieve single molecule Raman detection.

【技术实现步骤摘要】
一种核酸纳米结构及其制备方法和应用
本专利技术属于DNA纳米
，涉及一种核酸纳米结构及其制备方法和应用。
技术介绍
在光照作用下，贵金属纳米结构表面的电子吸收光子能量，发生局域表面等离子共振(localizedsurfaceplasmonresonance,LSPR)，产生一种强烈的电磁场。LSPR光谱峰值处的波长和场强取决于贵金属纳米结构的形状、尺寸、几何排列和理化性质。研究表明，结构合理的贵金属纳米材料之间可以产生强烈的电磁场，这一性质在光学领域具有巨大的应用潜力，目前已应用于光学镊子、单分子荧光检测、表面增强拉曼散射和非线性光学等方面。在众多的金属纳米结构中，金蝴蝶结结构尤为特殊，其由两个金棱柱以棱角对棱角的方式排列在一起，棱柱间的距离通常在10nm以下，这种特殊的排列方式导致在棱柱间的局限空间内可以产生强烈的电磁场增强，有利于实现单分子拉曼检测。目前，利用金蝴蝶结结构实现单分子拉曼检测主要存在以下挑战：首先，金棱柱之间的距离需要10nm，制备金蝴蝶结结构的电子束曝光法(electronbeamlithography,EBL)过程繁琐，成本较高，很难实现小于10nm的分辨率，并且制备的结构光学性质较差；其次，由于拉曼探针分子具有较小的散射面积，拉曼信号需要通过电磁场进行增强，然而目前缺乏一种有效的方法将拉曼探针分子固定在电磁场内；最后，缺乏一种有效的方法将分子固定在电磁场内而不受其他拉曼探针分子的影响。近年来，DNA折纸技术利用其形状的可编程性和结构位点的可寻址修饰性，为金蝴蝶结结构的组装提供了一种简单有效的方法，分辨率可达2nm。但是，该方法也存在明显的缺陷，受到环状噬菌体单链长度和固定的碱基序列的影响，DNA折纸结构的尺寸、功能和复杂程度受到了明显的限制，组装的贵金属纳米结构稳定性较差，产生的电磁场强度较弱。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种核酸纳米结构及其制备方法和应用，本专利技术利用传统的三角形折纸结构组装一个边长为120nm的六边形核酸纳米结构，并利用该六边形核酸纳米结构锚定两个80nm的金三棱柱，在两金三棱柱之间精确固定一个拉曼探针分子，以实现单分子拉曼检测。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种核酸纳米结构，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。所述核酸纳米结构为六边形DNA纳米结构，其结构的稳定性与空间的可寻址修饰性增加了组装的等离子体纳米结构的复杂性，组装的等离子体纳米结构尺寸更大、数量更多、形状更多样，缩小了贵金属纳米结构之间的距离，使得贵金属纳米结构间的距离小于10nm，在贵金属纳米结构间的局限空间内产生了强烈的电磁场增强，有利于实现单分子拉曼检测。优选地，所述核酸纳米结构的边长为100-150nm，例如可以是100nm、110nm、130nm、140nm或150nm，优选为120nm。本专利技术中，核酸纳米结构的各边长长度相等，制备的正六边形DNA纳米结构稳定性好，可以作为载体锚定尺寸大、数量多、形状多样的贵金属纳米结构。优选地，所述脚手架链与所述订书钉链、所述脚手架链与所述捕获链、所述脚手架链与所述连接链通过碱基互补配对原则进行杂交。优选地，所述脚手架链为M13噬菌体基因组DNA。优选地，所述订书钉链为人工合成的寡核苷酸序列。优选地，所述捕获链为人工合成的寡核苷酸序列。优选地，所述连接链包含二硫键和/或限制性内切酶的特异性识别位点。第二方面，本专利技术提供了一种制备如第一方面所述核酸纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将所述脚手架链溶液与所述订书钉链、捕获链和连接链的混合溶液按照摩尔比为1:(1-20)混合均匀；(2)以85-98℃为起始温度退火至15-30℃，采用离心柱离心去除过量的订书钉链和捕获链；(3)将纯化后的六种三角形DNA折纸结构等量混合后，以40-50℃为起始温度退火至20-30℃，进行梯度PCR循环，制得所述核酸纳米结构。优选地，步骤(1)所述脚手架链溶液与所述订书钉链、捕获链和连接链的混合溶液的摩尔比为1:(1-10)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10，优选为1:2。优选地，步骤(2)所述退火的起始温度为90-98℃，例如可以是90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃或98℃，优选为95℃。优选地，步骤(2)所述退火的终点温度为15-25℃，例如可以是15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃，优选为20℃。优选地，步骤(2)所述退火的持续时间为5-20h，例如可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、16h、17h、18h、19h或20h，优选为8-15h，最优为10h。优选地，步骤(3)所述退火的起始温度为43-48℃，例如可以是43℃、44℃、45℃、46℃、47℃或48℃，优选为45℃。优选地，步骤(3)所述退火的终点温度为22-28℃，例如可以是22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃或28℃，优选为25℃。优选地，步骤(3)所述循环的次数为2-10次，例如可以是2次、3次、4次、5次、6次、7次、8次、9次或10次，优选为4-9次，最优为8次。优选地，步骤(3)所述退火的持续时间为20-30h，例如可以是20h、21h、22h、23h、24h、25h、26h、27h、28h、29h或30h，优选为22-25h，最优为24h。第三方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述核酸纳米结构用于组装贵金属纳米结构。第四方面，本专利技术提供了一种金蝴蝶结结构，所述金蝴蝶结结构包括贵金属纳米结构和如第一方面所述的核酸纳米结构，所述贵金属纳米结构表面修饰有寡核苷酸序列，所述贵金属纳米结构与所述核酸纳米结构通过寡核苷酸序列进行组装。所述金蝴蝶结结构克服了现有技术的缺陷，光学性质稳定，在两金三棱柱之间精确固定了一个拉曼探针分子，实现了单分子拉曼检测。优选地，所述贵金属纳米结构为表面酸性修饰有巯基化DNA序列的金棱柱，所述巯基化DNA序列与所述捕获链互补。优选地，所述金棱柱包括金三棱柱、金四棱柱、金五棱柱或金六棱柱中的任意一种或至少两种的组合，优选为金三棱柱。优选地，所述金三棱柱的长度为50-100nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm，优选为80nm。优选地，所述的金三棱柱的尖端宽度为1-6nm，例如可以是1nm、2nm、3nm、4nm、5nm或6nm，优选为2nm。本专利技术采用金的多棱柱作为贵金属纳米结构，以六边形DNA纳米结构作为连接载体，突破了传统DNA折纸结构对贵金属纳米结构的形状、取向和数量的限制，本专利技术的金蝴蝶结结构由非均质、棱镜取向多样的两个金三棱柱组装形成，实现了多个基于尖端的集体等离子体激元的单分子拉曼散射。本专利技术中，由于金三棱柱具有大约2nm的尖端，当利用六边形纳米结构作为载体构建金蝴蝶结纳米结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核酸纳米结构，其特征在于，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。

【技术特征摘要】
1.一种核酸纳米结构，其特征在于，所述核酸纳米结构为通过DNA折纸技术构建的六个三角形DNA折纸结构组装形成的六边形DNA纳米结构，具体是通过脚手架链与订书钉链和捕获链进行杂交，再通过连接链分别与六个三角形DNA折纸结构的脚手架链杂交而自组装形成的六边形DNA纳米结构。2.根据权利要求1所述的核酸纳米结构，其特征在于，所述核酸纳米结构的边长为100-150nm，优选为120nm；优选地，所述脚手架链与所述订书钉链、所述脚手架链与所述捕获链、所述脚手架链与所述连接链通过碱基互补配对原则进行杂交；优选地，所述脚手架链为M13噬菌体基因组DNA；优选地，所述订书钉链为人工合成的寡核苷酸序列；优选地，所述捕获链为人工合成的寡核苷酸序列；优选地，所述连接链包含二硫键和/或限制性内切酶的特异性识别位点。3.一种制备如权利要求1或2所述核酸纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将所述脚手架链溶液与所述订书钉链、捕获链和连接链的混合溶液按照摩尔比为1:(1-20)混合均匀；(2)以85-98℃为起始温度退火至15-30℃，采用离心柱离心去除过量的订书钉链和捕获链；(3)将纯化后的六种三角形DNA折纸结构等量混合后，以40-50℃为起始温度退火至20-30℃，进行梯度PCR循环，制得所述核酸纳米结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述脚手架链溶液与所述订书钉链、捕获链和连接链的混合溶液的摩尔比为1:(1-10)，优选为1:2；优选地，步骤(2)所述退火的起始温度为90-98℃，优选为95℃；优选地，步骤(2)所述退火的终点温度为15-25℃，优选为20℃；优选地，步骤(2)所述退火的持续时间为5-20h，优选为8-15h，最优为10h；优选地，步骤(3)所述退火的起始温度为43-48℃，优选为45℃；优选地，步骤(3)所述退火的终点温度为22-28℃，优选为25℃；优选地，步骤(3)所述循环的次数为2-10次，优选为4-9次，最优为8次；优选地，步骤(3)所述退火的持续时间为20-30h，优选为22-25h，最优为24h。5.一种如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝全，湛鹏飞，李娜，王振刚，蒋乔，王婷，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11