DNA非均匀功能化纳米粒子的可编程自组装行为

DNA非均匀功能化纳米粒子作为一种可编程原子等价物,在多层次自组装结构领域具有重要的应用前景。构建了DNA非均匀功能化纳米粒子的粗粒化模型,并利用分子动力学模拟其自组装过程。通过计算机模拟发现,互补DNA序列间发生杂化反应,纳米粒子形成三维网络状和支化超结构;通过构建纳米粒子自组装结构的几何模型,能够正确预测纳米粒子之间的相对位置及其分布;通过调节互补的DNA功能化纳米粒子的化学计量比,显著地改变了自组装超结构和动力学行为。     

金纳米粒子组装体的连续离散型纳米结构控制

采用柠檬酸钠还原氯金酸的方法,制备出粒径均一的金纳米粒子(AuNPs),通过加入二水合双(对-磺酰苯基)苯基膦化二钾盐(BSPP),增强了AuNPs体系的分散性与稳定性.选用直径为15和40nm的AuNPs,用不同序列巯基修饰的单链DNA连接到其表面,通过DNA链的杂交,形成不同结构的金纳米粒子组装体.通过改变加入DNA延长连接单元的比例,可以控制金纳米粒子组装体具有连续离散型的1∶1,2∶1和3∶1纳米结构.     

尺寸可控的金纳米粒子在功能化的MWNTs表面的自组装

提出了一个有效的、以晶种媒介的光化学法可控生长不同尺寸的胶体金纳米粒子在多壁碳纳米管(MWNTs)表面的自组装.方法基于羧基化的MWNTs以双官能团巯基乙酸分子化学修饰而连接上巯基,随后,不同尺寸的胶体金纳米粒子以共价结合的方式分别被直接锚定在其表面,从而获得良好的Au/MWNTs杂化材料.通过UV-Vis光谱、TEM和XRS等技术对胶体金纳米粒子、Au/MWNTs复合物及其自组装过程的表征,详细研究了金纳米粒子尺寸对功能化MWNTs表面自组装的影响,结果表明,直径为2.5～5.2nm范围很好分散的金纳米粒子能够很好自组装在平均直径约20nm的功能化MWNTs表面上.同时探讨了双官能团分子的化学修饰和金纳米粒子对MWNTs表面自组装的驱动力。     

利用侧链修饰寡聚DNA组装CdS有序纳米结构

由于 DNA分子具有特殊的结构和碱基配对特性 ,人们已经意识到利用 DNA分子将无机纳米粒子 (量子点 )组装成各种不同的有序纳米结构的可行性 [1～ 5] .如 Mirkin等 [6 ,7]利用端基修饰的寡聚 DNA将金纳米粒子组装成有序的六方堆积的层状结构 .Alivisatos等 [8]利用单链 DNA为模板 ,通过在 3′和5′端修饰巯基的互补 DNA将两个或三个金纳米粒子连接起来形成“人造分子”.本文中我们首次报道通过在侧链 ( 5′端 C1和 C2之间的磷酸根 )上修饰巯基的寡聚胞嘧啶 ( Oligo C10 - SH )和寡聚鸟嘌呤( Oligo G10 - SH)复性过程将 Cd S纳米…     

基于纳米自组装技术的功能化溶胶-凝胶过氧化氢生物传感器

结合功能化溶胶-凝胶(sol-gel)网络结构、自组装技术和纳米粒子效应,提出一种生物传感界面构建方法.利用自组装技术在玻碳电极表面组装氨基化sol-gel膜,通过与自组装膜间的强烈作用将纳米金粒子固定于sol-gel网络中,再通过静电吸附作用实现辣根过氧化物酶(HRP)在纳米金粒子表面的固定化,构建纳米自组装HRP传感界面.将制备的传感器用于对H2O2的催化还原,很好地保持了酶的生物活性,改善了传感器的灵敏度.     

基于AFM纳米氧化技术的金纳米粒子定点组装

二维纳米粒子矩阵列在纳米电子器件^[1,2]、表面增强喇曼活性基底^[3,4]、刻蚀掩模^[5]等领域具有广泛的应用前景。在这些纳米粒子阵列为内部,纳米粒子的排布是随机、无序的。这一缺点已经妨碍了纳米粒子阵列在上述领域中的进一步应用。基于此,人们开始关注纳米粒子的可控组装。传统的光刻技术^[6]、微接触印刷技术^[7]以及生物分子模板技术^[8]都被用来实现纳米粒子在固体表面上的可控组装,本实验室在纳米粒子的合成及可控组装方面也进行了研究^[7,9,11]。本文力图精确控制单个纳米粒子在基底表面上的组装位置。利用AFM纳米氧化技术。在硅表面构建了纳米级的化学图形化表面,通过不同的化学官能团,如甲基、氨基对金纳米粒子亲和性质的差异,实现了纳米粒子在固体表面的定点组装。     

金纳米粒子与单链DNA的相互作用

研究了金纳米粒子与单链DNA在不同pH值时的相互作用以及金纳米粒子与不同碱基序列单链DNA的相互作用. 结果表明, 在pH为12.6的强碱性条件下, 单链DNA能使金纳米粒子稳定分散在溶液中; 在pH为1.4的强酸性条件下, 单链DNA能保护金纳米粒子不发生融合, 而只发生团聚, 且团聚现象具有可逆性. 不同寡核苷酸对金纳米粒子的亲和力按poly dA>poly dC>poly dT的顺序依次减弱. 单链DNA对纳米金的保护作用强度与单链DNA的长度成正比.     

DNA步行器调控的纳米粒子超晶格

作为一种精巧的DNA纳米机器, DNA步行器因其优异的可设计性及可编程性在众多研究领域中展示出强大的应用价值. 本工作通过将基于催化发夹组装的双足DNA步行器与DNA功能化的金纳米粒子(即球形核酸)组装相结合, 开发了一种具有时间依赖性的DNA步行器驱动球形核酸恒温有序组装的策略. 以单组分球形核酸组装体系为例, DNA步行器通过发夹催化组装反应驱动在球形核酸表面上随机行走并逐渐产生带有活性粘性末端的DNA杂交结构, 促使球形核酸表面粘性末端间的“键合”速率与其组装速率在时间尺度上保持同步, 从而得到面心立方(FCC)晶型的超晶格结构. 基于类似原理, 作者还构建了一种DNA步行器驱动的双组分球形核酸组装体系并以此得到氯化铯(CsCl)晶型的超晶格结构.     

基于DNA电化学发光传感器研究金纳米颗粒对量子点的电化学发光影响

纳米金颗粒具有高的消光系数和良好的表面等离子体共振特性, 其等离子体共振特性受纳米金颗粒的尺寸和周围环境等因素的影响. 本文基于半导体纳米晶电化学发光信号对金纳米颗粒的距离依赖性制备了DNA电化学发光传感器. 首先利用循环伏安法(CV)在玻碳电极(GCE)表面原位沉积金纳米颗粒(AuNPs), 巯基丙酸包裹的CdS量子点(QDs)与氨基修饰的双链DNA (dsDNA)通过酰胺键缩合, 形成量子点修饰的双链DNA(QDs-dsDNA). 最后将QDs-dsDNA 通过dsDNA 另一端的巯基组装到纳米金表面, 得到CdS QDs-DNA/AuNPs/GCE电化学发光传感器. 在优化电极表面QDs-dsDNA密度、金纳米颗粒沉积方法等实验条件的基础上, 对不同传感器的表面性质进行了表征, 如形貌和电化学阻抗等. 进一步通过控制纳米金和CdS QDs之间的DNA研究了纳米金对CdS QDs发光信号的影响作用. 结果显示DNA链的长度和类型对发光信号有着重要的影响. 最后将此传感器用于环境污染物的DNA损伤检测, 显示出很好的灵敏响应.     

蜂毒素在功能化金纳米粒子表面的吸附及构象变化

利用硼氢化钠还原法制备了金纳米粒子, 通过在其表面修饰链长不同的巯基羧酸, 得到了功能化纳米粒子. 利用荧光发射、紫外吸收和圆二色谱等手段研究了功能化金纳米粒子与蜂毒素分子之间的相互作用及其所诱导的蛋白质分子的构象变化. 研究结果表明, 功能化修饰的金纳米粒子可通过静电相互作用吸附蜂毒素(Melittin)并诱导其α-螺旋结构的形成, 且这种效应与巯基羧酸分子的链长直接相关.     

聚合物PVP保护的贵金属纳米结构材料电化学合成新方法

以不同聚合度的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为金纳米团簇的稳定剂和形状控制剂,应用电化学还原方法制备尺寸可控的金纳米晶体.借助PVP聚合物的动态伸缩和卷曲特性将电化学还原得到的金纳米粒子前驱体组装成线状和环状的纳米粒子聚集体,再由不稳定前驱体粒子的定向聚集制备厚度为几十纳米的金纳米棱柱.并用分步电化学还原法合成核壳结构的金银纳米复合粒子.本文为制备不同形状和结构的贵金属纳米结构材料提供了一种可行的电化学合成新方法.     

基于金纳米粒子的QCM实时检测DNA错配的研究

利用石英晶体微天平（QCM）技术,用双硫醇分子作为连接剂,将金纳米粒子固定于金电极表面,以人类p53基因片断为DNA探针,研究了其在QCM金电极表面的固定、杂交和错配,重点探讨了金纳米粒子修饰的DNA错配碱基个数和错配位点对杂交的影响。在实验条件下,金纳米粒子在QCM金电极表面的修饰使其灵敏度得到了明显提高;而且,错配碱基个数和错配碱基位点的差异都对杂交产生了不同程度的影响。     

Lys-Lys诱导的金纳米粒子组装

尝试利用赖氨酸分子作为连接剂将金纳米粒子组装成有序的纳米结构．首先通 过赖氨酸的氨基与金纳米粒子的作用将其固定在粒子表面，然后通过氨基酸的缩合 将金纳米粒子连接成有序的纳米结构。透射电子显微镜观察表明形成的纳米粒子网 络结构中，相邻粒子之间的距离约为1．5m，与由两个赖氨酸缩合而成的二肽(Lys- Lys)长度相符．     

高分子修饰金纳米粒子的自组装研究进展

近年来,高分子修饰金纳米粒子的自组装行为逐渐成为新的研究热点.当金纳米粒子修饰上高分子后,在维持其自身光电特性的同时展现出了与高分子类似的自组装行为,从而能够在适当的条件下形成结构明确的零维、一维、二维和三维自组装结构.这些自组装结构的出现不仅促进了金纳米粒子组装的基础研究,并且极大地丰富了金纳米粒子的应用潜力,为金/高分子纳米复合材料的发展开拓了新的方向.本文总结了金/高分子纳米复合粒子形成的不同维度组装体,着重讨论了金纳米粒子自组装构筑单元的设计、组装方法以及组装体的性质,分类讨论了相应的自组装材料在环境和生物医药中的应用,并展望了相关研究在未来发展的机遇与挑战.     

富精氨酸多肽修饰的金纳米粒子跨膜传输

考察了富精氨酸多肽功能化的金纳米粒子作为载体对细胞外物质的跨膜传输行为. 通过生物素(Biotin)与亲和素(Streptavidin)的亲和反应将具有特定跨膜功能的富精氨酸RRRRRRRR(R₈)多肽分子连接到多肽CALNN修饰的金纳米粒子表面, 实现粒子的功能化. 以荧光素为模型化合物, 利用激光共聚焦显微镜观察了纳米粒子的输送过程. 实验结果表明, 富精氨酸多肽功能化的金纳米粒子可以作为一种低毒高效的跨膜输送载体.     

量子点双标记的Fe3O4@Au磁性纳米DNA电致发光型传感器

合成了Fe3O4@Au磁性纳米粒子,并根据单链寡聚核苷酸(ss-DNA)杂交原理,利用量子点电化学发光,构建了DNA电化学传感器.在磁控玻碳电极(MCGCE)表面,将5′-SH-ssDNA捕获探针自组装在Fe3O4@Au磁性纳米粒子上,然后与目标DNA互补的一端杂交形成dsDNA,再与双标记了量子点的5′-NH2-ssDNA-NH2-3′信号探针杂交形成三明治杂交的DNA.应用循环伏安法对DNA的固定与杂交进行了表征.目标DNA浓度在1.0×10-13～1.0×10-11 mol/L范围与其响应的ECL信号呈线性关系,检出限为1.8×10-14mol/L.由于采用量子点双标记法,检测的灵敏度显著提高.     

上转换纳米粒子结合DNA链式扩增技术在阿霉素光控释放中的应用

纳米技术的发展使得纳米材料可以通过不同的表面包覆和修饰而在生物医药中发挥应用。 构建简单、经济、药物释放可控的生物相容性纳米药物仍是纳米生物化学领域的重点。 我们构建的纳米载药体系(DDS)以NaYF₄：Yb/Tm上转换纳米粒子为载体,在其表面通过光致断键型小分子4,5-二甲氧基-2-硝基苯基乙酮(DMNPE)连接一段短单链DNA,利用DNA链式扩增技术(HCR)来调节纳米粒子最终修饰的双链DNA的总量,从而控制对抗癌药物阿霉素(Dox)的担载量,在980 nm激光照射下上转换纳米粒子发射可切断DMNPE连接的近紫外光,协同胞内DNA酶的作用达到对药物的可控释放。 由于近红外光照对生物组织具有较好的穿透能力,此体系能够对病灶位置有更好的光靶向性从而减少药物的毒副作用。     

仿衣壳结构的巨大中空超分子纳米容器的多组分自组装构筑及其功能

在自然界病毒衣壳及笼状蛋白质大分子结构的启发下,运用V型双齿桥连吡啶配体和具有平面四方构型的Pd²⁺离子的溶液配位自组装,一系列具有M_nL_2n经验分子式的多组分巨大中空“纳米容器”型超分子结构被成功构筑。通过在配体内外引入官能团的策略,可以简单地实现衣壳骨架结构的内外功能化。内功能化后的“纳米容器”具有特殊的高密度相,不仅可以实现对不同类型客体分子的包裹,而且可以作为“纳米反应器”实现尺寸均一可控纳米粒子的原位合成以及小分子的催化转化。外功能化的核壳结构则可以对寡肽、DNA等生物分子具有特定的识别作用。本文对此类“纳米容器”型超分子的设计原理、自组装合成与表征、以及功能化应用等方面进行了综述。     

金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。     

基于CdS标记的信号放大DNA电化学检测方法

利用CdS纳米粒子为标记物,提出了一种基于目标循环利用进行信号放大的电化学方法,实现对特定序列DNA的超灵敏检测.利用磁珠固定连接DNA进而连接硫化镉纳米粒子.连接DNA与目标DNA杂交之后,由于切刻内切酶对双链DNA中的连接DNA进行切割,并使目标DNA释放后循环利用,从而大量的CdS纳米粒子从磁珠表面释放.结合磁珠的高分离性能和溶出伏安法的高灵敏性,实现目标DNA的快速、高灵敏检测,其检测的线性范围为0.4fM～100fM,检测限为0.08fM.此外,该检测方法具有高的选择性、稳定性和重现性.通过设计不同的内切酶和特定的DNA序列,有望用于其他DNA的高灵敏检测.