[發(fā)明專利]Au-DNA-量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)電極、其制備方法及用途

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910088087.1
• 申請(qǐng)日: 2009-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN101935012A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟海鳳;唐智勇;劉冬生;江雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): B82B1/00
• 分類號(hào): B82B1/00;B82B3/00;H01G9/04;H01G9/20;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48;H01L51/42;H01M14/00;G01N27/413;G01N33/48;C12Q1/68;C40B40/06
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 劉丹妮;郭廣迅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種模擬綠色植物光合作用的Au-DNA-量子點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換復(fù)合結(jié)構(gòu)電極、其制備方法及用途。

背景技術(shù)

效法自然，超越自然一直是人類發(fā)展追求的目標(biāo)。幾十年來，自然中綠色植物和一些細(xì)菌的光合作用備受人們的廣泛關(guān)注，諸多科研工作者都致力于模擬其高效環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換過程，也已取得不少成果，如太陽能電池等相關(guān)的光電轉(zhuǎn)換體系。然而，一般的光電轉(zhuǎn)換體系都是靜止不可逆的過程，動(dòng)態(tài)可逆的調(diào)控光電轉(zhuǎn)換仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

綠色植物的光合作用，其實(shí)質(zhì)為電子轉(zhuǎn)移過程，而電子轉(zhuǎn)移可發(fā)生于眾多的體系之中，如：在溶液中或膠體中的有機(jī)化合物分子；在不同界面，如金屬-液體界面、半導(dǎo)體-液體以及液體-液體界面的電子轉(zhuǎn)移過程。根據(jù)榮獲1992年諾貝爾獎(jiǎng)的Marcus理論，電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)速度取決于電子給體與受體間的距離、反應(yīng)自由能的變化以及反應(yīng)物與周圍溶劑重組能的大小。因此要得到動(dòng)態(tài)可逆的光電轉(zhuǎn)換開關(guān)，調(diào)控電子給體和受體間的距離將是一種可取的方法。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和專利報(bào)道，量子點(diǎn)(QDs)，即半導(dǎo)體納米粒子，具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，如寬吸收，窄發(fā)射且尺寸可調(diào)和高量子產(chǎn)率等，更是優(yōu)秀的熒光共振能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移的給體，也被人們期待用來開發(fā)新一代的太陽能電池和新型的光電智能材料。

DNA分子馬達(dá)(i-motif)是一種特殊的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)，是由四個(gè)胞嘧啶重復(fù)序列在質(zhì)子的參與下形成的四鏈螺旋(胞嘧啶C和質(zhì)子化的胞嘧啶C⁺結(jié)合形成氫鍵)。由于DNA分子馬達(dá)具有特殊的堿基序列，其可以在不同pH值條件下發(fā)生折疊和打開。在中國專利申請(qǐng)CN101096268A中公開了一種DNA分子納米艙的制備方法和用途，該DNA分子納米艙本質(zhì)上是通過巰金鍵組裝在金基底上的DNA分子膜，僅僅利用DNA分子馬達(dá)的構(gòu)象變化來包覆或者釋放一定大小的離子，如鐵氰化鉀離子等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明分別通過經(jīng)典的巰金鍵反應(yīng)和EDC/NHSS交聯(lián)反應(yīng)，在DNA分子馬達(dá)末端分別連接上電子受體(金基底)和電子給體(半導(dǎo)體量子點(diǎn))，利用DNA分子馬達(dá)在折疊和打開的過程中總伴隨著兩末端距離的變化，使得給體和受體之間的距離變得可控，進(jìn)而調(diào)控其間的電子轉(zhuǎn)移過程，最終得到光電流隨電解液pH值變化的光電流轉(zhuǎn)換開關(guān)。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種Au-DNA-量子點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換復(fù)合結(jié)構(gòu)電極。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供上述Au-DNA-量子點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換復(fù)合結(jié)構(gòu)電極的制備方法。

本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供上述Au-DNA-量子點(diǎn)光電轉(zhuǎn)換復(fù)合結(jié)構(gòu)電極的用途。

本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案方法來實(shí)現(xiàn)的。一方面，本發(fā)明提供一種Au-DNA-量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)電極，該復(fù)合結(jié)構(gòu)電極包括：(1)鍍金襯底；(2)巰基(-SH)和氨基(-NH₂)修飾的DNA分子膜層，其DNA分子由包含一段四鏈部分和一段單鏈部分的四鏈寡核苷酸分子單元組成，所述單鏈部分固定于所述(1)鍍金襯底；以及(3)量子點(diǎn)，其交聯(lián)在所述(2)DNA分子膜層的四鏈寡核苷酸分子四鏈部分的末端。

優(yōu)選地，所述(1)鍍金襯底選自硅襯底、氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃等；更優(yōu)選地，所述鍍金襯底的鍍金層厚度大于20nm，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，可自主選擇大于20nm的鍍金層厚度。

優(yōu)選地，所述組成(2)DNA膜層的四鏈寡核苷酸分子的四鏈部分堿基序列為CCCTAACCCTAACCCTAACCC，單鏈部分堿基序列為選自A、T、C和G中的任意1～10個(gè)堿基；更優(yōu)選地，所述四鏈寡核苷酸分子的堿基序列如下：5′-TGTTTTCTTCCCTAACCCTAACCCTAACCC-3′。

優(yōu)選地，所述組成(2)DNA膜層的四鏈寡核苷酸分子的兩端分別經(jīng)巰基和/或氨基修飾；更優(yōu)選地，所述四鏈寡核苷酸分子的堿基序列如下：5′-SH-TGTTTTCTTCCCTAACCCTAACCCTAACCC-NH₂-3′。

優(yōu)選地，所述(3)量子點(diǎn)選自CdTe、CdSe和CdSe/ZnS，優(yōu)選為CdSe/ZnS核殼量子點(diǎn)。

另一方面，本發(fā)明提供上述Au-DNA-量子點(diǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)電極的制備方法，該方法包括以下步驟：(1)制備鍍金襯底；(2)組裝DNA膜層：將DNA膜層組裝到步驟(1)所制備的襯底，其中所述DNA膜層由包含一段四鏈部分和一段單鏈部分的四鏈寡核苷酸分子單元組成；(3)組裝量子點(diǎn)：將量子點(diǎn)組裝到步驟(2)所述寡核苷酸分子。