一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构及组装方法技术

本发明专利技术公开了一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构及组装方法，包括DNA tiles结构ribbon

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构及组装方法


[0001]本专利技术涉及DNA纳米
，特别是涉及一种组装四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构及组装方法。

技术介绍

[0002]由于金属粒子的磁性和均一的尺寸以及独特的化学和生物活性，磁性纳米颗粒在纳米电子学、纳米光子学和生物医学等领域具有潜在的应用价值。
[0003]磁性纳米粒子能够识别非平行碱基对，因此DNA可以作为构建纳米结构的一部分使用。例如，DNA可以修饰多种不同类型的纳米材料，包括金属(如金和银)、半导体(如量子点)和纳米磁性材料(如四氧化三铁磁性颗粒)等，并且能够使其功能化。DNA功能化的纳米磁性粒子受到了研究学者们的广泛关注。通过控制纳米粒子搭载纳米磁性颗粒，可以生产磁性定向药物或抗体，以及制造生物传感器等，可以在医疗诊断、药物输送、生物成像、催化和超分子材料等领域体现广泛的应用价值。
[0004]布雷克莫尔(Richard P.Blakemore)的研究团队在一种称为折叠螺旋体(Spirochaetaplicatilis)的趋磁细菌中发现一种大小均匀、数目不等的物质，其主要成分为Fe3O4和Fe3S4，该物质能在外界磁场作用下呈线性排列，研究者将该物质命名为“磁小体”。随着研究的深入，学者们发现磁小体的主要功能是导向作用，它控制着细胞的分裂甚至是定向移动，因而将在许多领域有潜在的不可估量的应用价值。
[0005]Ned Seeman在1982年首次提出了结构DNA纳米技术，设想将六臂支链DNA自组装连接成有序的三维(3D)晶格，并在拓扑相结构上构建了一个与立方体相当的DNA结构；1998年，Winfree等人提出了DNA tiles自组装的概念，其原理是将分支DNA通过粘性末端连接成一维阵列结构。借助原子力显微镜，人们首次看到了DNA纳米结构的一维网格，DNA tiles结构自组装技术为构建复杂的DNA纳米结构奠定了基础；今天，DNA纳米技术已经发展成为一个独特的跨学科领域，与物理、化学、计算机科学、生物和材料科学等不同学科交叉，不同的DNA纳米结构被设计了出来。DNA自组装可以产生复杂图案的纳米结构，也可以用于构建具有可控间距和图案的各种纳米材料。然而，仍未有一种基于DNA tiles技术的一维纳米磁性颗粒阵列结构能够模拟趋磁细菌中的磁小体阵列。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的之一是提供一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构，基于DNA tiles技术，将修饰了生物素的特定序列DNA链锚定到带状DNA tiles结构的特定位置上，再将修饰了链霉亲和素的四氧化三铁纳米磁性颗粒通过生物素与链霉亲和素的特异性结合，得到基于DNA tiles技术的四氧化三铁纳米磁性颗粒一维线性阵列的组装结构，产率可达99％；本专利技术的目的之二是提供一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构的组装方法。
[0007]技术方案：本专利技术的一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构及组装方法，包
括DNA tiles结构ribbon
‑
like DNA nanostructures(RDN)和具有特异性连接链的一维四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列，RDN结构设有捕获链，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面结合有连接链，捕获链与连接链互补；RDN结构的组装基于DNA tiles的自组装，RDN结构设有延伸出的捕获链；所述捕获链与修饰了生物素的连接链互补，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面修饰有链霉亲和素，生物素与链霉亲和素特异性结合，使所述特定的连接链转移至所述四氧化三铁纳米磁性颗粒的表面，进而形成具有特异性连接链的一维纳米磁性颗粒阵列。
[0008]其中，为了保证能够形成预设且在室温下具有一定热稳定性的RDN结构并保证该结构的产率达到99％以上；所述RDN通过三条较短的DNA链(为了便于区分将其分别命名为N1、N2和N3)和两条较长的DNA链(为了便于区分将其分别命名为S1和S2)折叠成重复的矩形单元，相邻的矩形单元连接成长条带。所述捕获链碱基数量小于15个将会明显降低与所述结合链的结合率，过长则对结合率提升不明显，因此设计15个A作为捕获链；即每个矩形单元的N1作为结合点，N1的5
’
端延伸有15个A的捕获链，所述捕获链与在3
’
端修饰了生物素的连接链互补，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面修饰有链霉亲和素。
[0009]本专利技术还提供了一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构的组装方法，基于DNAtiles方法，通过该方法首先合成DNA tiles结构ribbon
‑
like DNA nanostructures(RDN)，在RDN上设置特定的连接链将其与生物素结合，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面修饰了链霉亲和素可以与生物素特异性结合，使所述特定的连接链转移至所述四氧化三铁纳米磁性颗粒的表面，进而形成具有特异性连接链的四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列结构。
[0010]组装方法包括如下步骤：
[0011](1)采用DNA tiles自组装的方法制备阵列结构RDN，RDN的矩形单元设有捕获链；
[0012](2)将修饰有生物素的连接链与RDN结构上的捕获链碱基互补配对结合，形成阵列结构RDN
‑
B；
[0013](3)将修饰有链霉亲和素的四氧化三铁纳米磁性颗粒与RDN
‑
B结构结合，形成阵列结构RDN
‑
SA。
[0014]其中，步骤(1)中，将DNA链S1、S2、N1、N2和N3结合形成RDN DNA tiles带状结构，其中，每一条DNA链的浓度相等。
[0015]步骤(2)中，RDN DNA tiles带状结构N1链上设置有捕获链，所述捕获链与所述修饰了生物素的连接链碱基互补，形成阵列结构RDN
‑
B；取等浓度的连接链和RDN结构在离心管内进行混合，用锡纸完全包裹离心管，即在完全遮光条件、室温下形成阵列结构RDN
‑
B。
[0016]步骤(3)中，将RDN
‑
B结构与修饰了链霉亲和素的四氧化三铁纳米磁性颗粒在33～37℃下水浴30～40min形成阵列结构RDN
‑
SA。所述四氧化三铁纳米磁性颗粒浓度为10～20μg/ml，该浓度范围内纳米磁性颗粒可以在RDN表面紧密排布定位组装，浓度过低纳米磁性颗粒将无法紧密排布，浓度过高纳米磁性颗粒将过量，实际使用量根据RDN的浓度进行调整，四氧化三铁纳米磁性颗粒尺寸为10
±
2nm。
[0017]进一步地，RDN结构的每个矩形单元上均延伸出1条15个A的单链作为捕获链，每1条连接链连接有1个生物素分子，捕获链与连接链通过碱基互补配对结合，实现每个矩形单元上的捕获链和生物素分子数量相等；为了提高链霉亲和素与生物素的结合效率，每个四氧化三铁纳米磁性颗粒上修饰有多个链霉亲和素分子，每一个链霉亲和素分子可以与至多四个生物素分子结合。其中，每个四氧化三铁纳米磁性颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构，其特征在于：包括DNA tiles结构ribbon
‑
like DNAnanostructures(RDN)和具有特异性连接链的一维四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列，RDN结构的组装基于DNA tiles的自组装，RDN结构设有延伸出的捕获链；所述捕获链与修饰了生物素的连接链互补，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面修饰有链霉亲和素，生物素与链霉亲和素特异性结合，使所述特定的连接链转移至所述四氧化三铁纳米磁性颗粒的表面，进而形成具有特异性连接链的一维纳米磁性颗粒阵列。2.根据权利要求1所述的四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构，其特征在于：所述RDN结构通过三条DNA短链和两条DNA长链折叠成重复的矩形单元，相邻的矩形单元连接成长条带；三条DNA短链分别记为N1、N2和N3，两条DNA长链分别记为S1和S2。3.根据权利要求2所述的四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构，其特征在于：每个矩形单元的N1作为结合点，N1的5
’
端延伸有15个A的捕获链，所述捕获链与在3
’
端修饰了生物素的连接链互补，四氧化三铁纳米磁性颗粒表面修饰有链霉亲和素。4.根据权利要求1～3任一项所述的四氧化三铁纳米磁性颗粒阵列组装结构的组装方法，其特征在于包括如下步骤：(1)采用DNAtiles自组装方法制备阵列结构RDN，RDN的矩形单元设有捕获链；(2)将修饰有生物素的连接链与RDN结构上的捕获链碱基互补配对结合，形成阵列结构RDN
‑
B；(3)将修饰有链霉亲和素的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁洁，舒展逸，汪联辉，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：