能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道，使用金属离子特异性

【技术实现步骤摘要】
能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及细胞活体成像分析技术以及纳米材料制备领域，尤其涉及一种能在四种不同渗透状态间可逆切换的人工仿生纳米通道及其应用
。

技术介绍

[0002]为了制造仿生离子通道，各种功能材料被用于构建人工通道，如
DNA
折纸
、
碳纳米管
、
金属有机多面体
、
聚对苯二甲酸乙二醇酯等
。
然而，这些材料的制备复杂且有些不容易被功能化
。
近年来，为了方便地制造纳米通道，基于玻璃毛细管的纳米吸管由于其亚微米大小的锥形尖端，易于修饰和方便插入细胞膜而被用于构建仿生纳米通道
。
[0003]为实现仿生响应特性，可对玻璃纳米吸管内表面进行不同官能团的修饰
。
例如
:i
‑
motifDNA
链可对纳米管内表面进行功能化，当银离子存在时，
i
‑
motif DNA
为刚性结构，而当引入谷胱甘肽时，谷胱甘肽会与银离子发生反应，从而改变
i
‑
motifDNA
为柔性结构，引起内表面电荷的变化而改变离子电流整流
。
然而，现有的大多数研究都集中在单一刺激引发的纳米通道在两种不同渗透状态之间切换时某一特性的变化
。
这一限制阻碍了对单一人工纳米通道中多种渗透状态之间的复杂变化的研究
。r/>因此，尽管近年来在这一领域取得了一些进展，但设计一种简单的策略来实现多种不同渗透状态下通道表面特性的可逆和选择性调节仍然是一个挑战
。
[0004]跨膜离子通道通过精确控制水和离子的定向流动，在无数生物事件
(
包括调节膜电位
、
病毒进入宿主细胞
、
细胞间通讯
、
电信号
、
神经元功能障碍等
)
中起着至关重要的作用
。
离子通道的通透性可在外界刺激下可以迅速改变，从而实现对生物离子通道运输特性的刺激进行响应性控制
。
因此，模拟生物通道选择性渗透功能的人工通道对于更好地理解离子通道和离子通道相关生物途径的机制显示出巨大的希望
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道，使用金属离子特异性
RNA
切割
DNAzymes
及其底物作为功能分子来修饰玻璃纳米吸管以构建人工纳米通道，相应的
DNA
双链开关能够在外部刺激
(
金属离子或对应底物链
)
下操纵人工纳米通道内表面的润湿性和电荷
。
[0006]本专利技术的第二个目的在于，提供能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法
。
[0007]本专利技术的第三个目的在于，提供能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的应用
。
[0008]为了实现上述第一个目的，本专利技术提供了一种能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道，所述人工纳米通道通过对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物作为功能分子修饰玻璃纳米管来构建，
DNA
双链开关在金属离子或对应底物链刺激下操纵人工纳米
通道内表面的亲疏水性和电荷性
。
[0009]为了实现本专利技术第二个目的，本专利技术提供了能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)
将氨基硅烷化试剂充满玻璃纳米管，对纳米管内表面进行氨基化修饰；
[0011](2)
戊二醛水溶液充满步骤
(1)
获得的玻璃纳米管；
[0012](3)
使用预处理过的对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物修饰步骤
(2)
获得的玻璃纳米管，所述对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物为两对，其中一对酶及其底物进行亲疏水性修饰预处理，另一对酶及其底物进行电荷修饰预处理
。
[0013]作为一个优选方案，所述氨基硅烷化试剂包括3‑
氨丙基三甲氧基硅烷
(APTES)、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
(APS)、
二乙氨基乙基三甲氧基硅烷
(DEAEMTS)、3
‑
氨丙基三氯硅烷
(APTS)
中的一种
。
[0014]作为一个优选方案，所述对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物包括
DNAzyme 1
‑
substrate 1
和
DNAzyme 2
‑
substrate 2
，所述
DNAzyme 1
的5’
端修饰氨基，和醛基发生共价结合固定在纳米管内，所述
substrate 1
的5’
端修饰胆固醇以调控亲疏水性；所述
DNAzyme 2
的5’
端修饰氨基，和醛基发生共价结合固定在纳米管内，3’
端修饰氨基以调控纳米管的正电性，所述
substrate 2
的5’
端修饰羧基，用于调控纳米孔的负电性
。
[0015]调控亲疏水性的修饰基团包括胆固醇
、CHCH(Hexyne)、Pyrene
和长链烷基中的一种或几种
。
[0016]作为一个优选方案，所述
DNAzyme 1
和
/
或
DNAzyme 2
的5’
端修饰
iSp 18。iSp 18
为间壁子，增加
DNAzyme
与玻璃底之间的距离，减少空间位阻从而提高
DNAzyme
在纳米孔内的结合率
。
[0017]作为一个优选方案，所述
DNAzyme 1
的序列为
5'
‑
NH2‑‑
Spacer18CAGTACCTTCAGCAACATCGATCGGAAGCCAGTTG
‑
3'
，所述
substrate 1
的序列为
5'
‑
cholesterol
‑
CAACUGGCUrUrGGAAGGUACUG
‑
3'
，所述
DNAzyme 2
的序列为
5'
‑
NH2‑‑
Spacer18ATAGTTTCTCCGAGCCGGTCGAAACTTCTCTACCTGCAA...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道，其特征在于，所述人工纳米通道通过对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物作为功能分子修饰玻璃纳米管来构建，
DNA
双链开关在金属离子或对应底物链刺激下操纵人工纳米通道内表面的亲疏水性和电荷性
。2.
权利要求1所述的能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将氨基硅烷化试剂充满玻璃纳米管，对纳米管内表面进行氨基化修饰；
(2)
戊二醛水溶液充满步骤
(1)
获得的玻璃纳米管；
(3)
使用预处理过的对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物修饰步骤
(2)
获得的玻璃纳米管，所述对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物为两对，其中一对酶及其底物进行亲疏水性修饰预处理，另一对酶及其底物进行电荷修饰预处理
。3.
根据权利要求2所述的能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法，其特征在于，所述氨基硅烷化试剂包括3‑
氨丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
二乙氨基乙基三甲氧基硅烷
、3
‑
氨丙基三氯硅烷中的一种
。4.
根据权利要求2所述的能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法，其特征在于，所述对金属离子有特异性的
DNAzyme
酶及其底物包括
DNAzyme1
‑
substrate1
和
DNAzyme2
‑
substrate2
，所述
DNAzyme1
的5’
端修饰氨基，和醛基发生共价结合固定在纳米管内，所述
substrate1
的5’
端修饰胆固醇以调控亲疏水性；所述
DNAzyme2
的5’
端修饰氨基，和醛基发生共价结合固定在纳米管内，3’
端修饰氨基以调控纳米管的正电性，所述
substrate2
的5’
端修饰羧基，用于调控纳米孔的负电性
。5.
根据权利要求4所述的能在不同渗透状态间可逆切换的人工纳米通道的制备方法，其特征在于，所述
DNAzyme1
和
/
或
DNAzyme...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱若灿，吴漫莎，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：