电位控制DNA在电极表面的自组装方法技术

电位控制ＤＮＡ在电极表面的自组装方法是一种基于ＤＮＡ纳米器件的制备方法，属于用化学自组装方法制造纳米器件的技术领域。其自组装的方法为：①对需要组装的电极进行清洁预处理；②将预处理后的电极侵入“ｐｒｉａｎｈａ’溶液或热稀硝酸中５～１５分钟，经清洗后浸入无水乙醇中备用；③将处理好的电极浸入含有组装分子的溶液中，溶液浓度为１ｍＭ，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修饰了单分子层的电极；④将上述电极浸入活化液中活化１５－３０分钟；⑤以活化的电极为工作电极，让其在电位作用下，组装３０－６０分钟，得到电位控制的ＤＮＡ共价修饰电极。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种基于DNA纳米器件的制备方法，属于用化学自组装方法制造纳米器件的

技术介绍
DNA分子的特性决定了它可能是制造纳米器件的理想材料。近来的研究表明，DNA分子本身具有导电性，其双螺旋的直径约为2nm，DNA分子中的磷脂键可以作为库仑阻塞区的隧道结，H-键具有电容特性，以此作为纳米技术与纳米结构制作的模板可以直接生长纳米晶体和金属导线，DNA可以制成有序的静态分布的器件、连接导线和多面体等。DNA纳米器件除能够实现更高的响应速度和更低的功耗外，还能使器件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此有可能成为新型的集成电路制造技术。但要制备基于DNA纳米器件的前提是能够实现DNA的可控制性组装。通过系统研究DNA的组装过程，将为基于DNA的纳米电路的制造和器件加工提供一定的方法指导，DNA纳米器件的制备方法可望用于新型纳米电子学器件或电路的制造。将成为未来电子学发展的重要基础，具有很大的科学和技术意义。在特定纳米结构的DNA组装方面，Nadrian C.Seenan在1995年因用DNA合成了立方体和更复杂的多面体而获得纳米技术方面的“费曼奖”，并进而在1999年用特殊结构的DNA首次制备出了分子开关器件[5]，但其分子开关功能是在液相体系中完成的，很难进入实际应用领域。目前，固相表面上DNA组装是制备纳米器件的关键步骤之一。组装方法主要有控制电位物理吸附法在碳糊电极上组装DNA、将巯基修饰后的DNA通过自组装方法直接固定在金表面[9-10]和用N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺盐酸盐(EDC)活化氨基或羟基后用含有氨基、羟基或羧基的硫醇形成自组装单分子层(SAM)使DNA在金表面的共价组装。以上自组装方法中，控制电势吸附的方法只在碳糊电极上组装，碳糊电极不能用于制造DNA纳米器件，第二种方法巯基修饰工艺复杂，价格昂贵，这种巯基修饰的单链DNA的杂交反应取决于DNA在表面的覆盖面积，而覆盖面积受溶液体系的影响，很难控制组装的条件。第三种方法可克服前两种方法的缺点，但不能在金电极表面选择性组装地组装DNA。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种用电位控制的方法，在修饰了能与DNA共价键合的单分子层修饰电极表面，实现DNA的选择性可控制自组装的目的的电位控制DNA在电极表面的自组装方法。本专利技术的自组装方法为①对需要组装的电极进行清洁预处理；②将预处理后的电极侵入“prianha”溶液或热稀硝酸中5～15分钟，经清洗后浸入无水乙醇中备用；③将处理好的电极浸入含有组装分子的溶液中，溶液浓度为1mM，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修饰了单分子层的电极；④将上述电极浸入活化液中活化15-30分钟；⑤以活化的电极为工作电极，让其在电压作用下，组装30-60分钟，得到电位控制的DNA共价修饰电极。电极的材料包括金、银、铜、石墨电极、掺杂硅片等其中任一种具有导电性的电极。在控制电位DNA各部分不被氧化或还原的电位范围为-0.9V～+1.1V。单分子层包括含有带有氨基或羧基或羟基的硫醇或硅烷、生物素或亲和素。对于带有能直接与电极键合的DNA，可以不需要单分子层。清洁预处理的方法为先用石英砂和金相砂纸打磨，然后在鸡皮上抛光处理，再用二次水无水乙醇超声清洗两次，每次2-8分钟。电极在含有组装分子的溶液中浸泡的时间为10～16小时。对含有氨基或羟基的单分子层可用碳化亚胺类物质活化。本专利技术的优点在于通过电位控制即能达到选择性自组装的目的，控制电位的大小就能控制在DNA电极上组装的数量(包括DNA在电极上不组装)，该方法简单，效果好，将在基于DNA的纳米器件方面得到广泛的应用。具体实施例方式电位控制组装的步骤1.电极的预处理 先用石英砂和金相砂纸打磨，然后在鸡皮上抛光处理后，用二次水超声清洗两次，每次2～8分钟。采用循环伏安扫描，检测电极是否达到处理的要求，要求其氧化还原峰电位差ΔEp＜75mv。2.电极的处理 将预处理好的电极浸入新配制的Piranha溶液(浓硫酸∶双氧水＝7∶3V V)或热的稀硝酸中(浓度～30％)5～15min；再分别用二次水、无水乙醇各超声清洗两次，每次2～5分钟；处理后浸入无水乙醇中备用。3.电极上单分子层的自组装 将处理好的电极浸入用氮气除氧的含有组装分子的溶液中，浓度约为1mM，浸泡10～16小时后取出，再在乙醇中浸泡4小时，除去物理吸附的分子，得到修饰了单分子层的电极。4.电位控制DNA共价共价组装电极的制备 将组装了单分子层的电极浸入活化液中活化15～30分钟；对含有氨基或羟基的单分子层可用碳化亚胺类物质活化。配制活化液的缓冲液中不能含有被活化的基团，以不影响活化效率。5.以活化的电极为工作电极，让其在某控制电位下，组装一定的时间(30～60min)，取出后用缓冲液冲洗，得到电位控制的DNA共价修饰电极。实施例DNA在金电极上的自组装，采用氨基乙硫醇在金电极上自组装得到自组装单分子层(SAM)，再利用水溶性1-乙基-3(3-二甲氨丙基)-碳化二亚胺(EDC)活化SAM，用电位控制的方法共价键合制备了DNA修饰电极。控制电位范围为-0.2～+0.2V，结果表明，用电位控制的方法，得到了DNA修饰电极，DNA是共价组装到了电极表面；而且不同的电位控制条件下，DNA的自组装存在着一定的规律。负电位对DNA的自组装产生了抑制作用，而正电位对DNA的自组装起到了促进作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电位控制ＤＮＡ在电极表面的自组装方法，其特征在于自组装的方法为：①对需要组装的电极进行清洁预处理；②将预处理后的电极侵入“ｐｒｉａｎｈａ”溶液或热稀硝酸中５～１５分钟，经清洗后浸入无水乙醇中备用；③将处理好的电极浸入含有组装 分子的溶液中，溶液浓度为１ｍＭ，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修饰了单分子层的电极；④将上述电极浸入活化液中活化１５－３０分钟；⑤以活化的电极为工作电极，让其在电位作用下，组装３０－６０分钟，得到电位控制的ＤＮＡ共价修饰电极。

【技术特征摘要】
1.一种电位控制DNA在电极表面的自组装方法，其特征在于自组装的方法为①对需要组装的电极进行清洁预处理；②将预处理后的电极侵入“prianha”溶液或热稀硝酸中5～15分钟，经清洗后浸入无水乙醇中备用；③将处理好的电极浸入含有组装分子的溶液中，溶液浓度为1mM，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修饰了单分子层的电极；④将上述电极浸入活化液中活化15-30分钟；⑤以活化的电极为工作电极，让其在电位作用下，组装30-60分钟，得到电位控制的DNA共价修饰电极。2根据权利要求1所述的一种电位控制DNA在电极表面的自组装方法，其特征在于电极的材料包括金、银、铜、石墨电极、掺杂硅片等其中任一种具有导电性的电极。3.根据权利要求1所述的一种电位控制DNA在电极表面的自组装方法，其特征在于在DNA各部分不被氧化或还原的电位范围为-0.9V～+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾宁，葛存旺，谭逸斌，张海黔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]