[發明專利]構建光響應DNA納米結構的方法

在審

• 申請號: 201810616114.7
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108796012A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 寇波;印玨;沈午楓;任少康;王袁杰;周浩南
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C12P19/34
• 分類號: C12P19/34
• 代理公司: 南京九致知識產權代理事務所(普通合伙) 32307
• 代理人: 王培松

本發明提供了一種構建光響應DNA納米結構的方法，包括下述步驟：步驟一，以縮水甘油為原料采用三步合成制備甘油連接偶氮苯的亞磷酰胺保護單體；步驟二，以亞磷酰胺保護單體為原料，通過DNA合成儀將偶氮苯插入到設計DNA序列中的指定位置，得到光敏DNA鏈；步驟三，將光敏DNA鏈與其他設計序列一起加入緩沖溶液體系，放入PCR儀(或保溫杯)中進行退火，得到光響應DNA納米結構；步驟四，通過原子力顯微鏡等手段觀察DNA自組裝納米結構，在紫外光照射下，納米結構完全或部分散開，在可見光照射下，納米結構恢復。此方法可以方便的制備出光響應DNA納米結構，實現了潔凈、高效的光控納米結構變化。

技術領域

本發明屬于DNA納米材料領域，尤其涉及一種構建光響應DNA納米結構的方法。

背景技術

由DNA材料構筑的分子器件和納米裝置具有廣泛的應用前景。一般DNA納米機械裝置可通過酶切、鏈置換等生物能形式驅動，也可以使用熱、電或外加離子等形式驅動。由于光能源的安全、綠色、遠程可控等優點，光控DNA材料成為理想的能量輸入方式。

現有技術中，主要通過兩種手段實現光控DNA的解鏈與雜交，包括在DNA骨架以化學鍵楔入光敏分子影響堿基配對，或者外加光響應且影響DNA雜交的小分子。出于體系安全和單個分子效用方面的考慮，通過化學鍵在分子內嵌入功能分子明顯優于物理添加。20世紀末，日本的Asanuma和Komiyama等利用蘇氨醇骨架將偶氮苯官能團楔入DNA序列，通過照射不同波長的光，控制DNA雙鏈的解鏈與雜交。由骨架楔入的偶氮苯在可見光下呈反式構型，可插入到堿基對層間空隙，雖然會導致雙螺旋結構略有扭曲變形，但由于疏水性偶氮苯對堆積力的貢獻，可以保持甚至提高DNA雙螺旋結構的穩定性；而紫外光照后偶氮苯呈順式構型，由于體積位阻的影響，導致堿基間氫鍵作用減弱，雙螺旋結構容易被打開。但用摻雜偶氮苯控制較長DNA序列時，少量光功能分子無法有效實現光控，而插入多個功能分子后，由于雙螺旋結構扭曲形變嚴重，雙鏈雜交穩定性降低。而且蘇氨醇楔入的偶氮苯常溫下異構化比例低，光控能力弱，許多工作只能在相對較高的溫度下進行，嚴重阻礙了偶氮苯類光響應DNA的應用。

基于以上原因，2013年本發明人選擇體積較小的甘油分子為骨架合成了新型偶氮苯摻雜DNA，減少楔入偶氮苯后雙螺旋結構的扭曲變形；用醚鍵連接偶氮苯，提高光致異構化比例和光致解鏈效率；實現了室溫下可逆光控解鏈，大大提高了光控效率；進一步研究實現了沒有鏈消耗和副產物的光控可逆鏈置換，為光敏DNA自組裝提供了新的材料。在這種新型光敏DNA材料的基礎上，制備光響應DNA納米結構，通過光控納米結構變化，實現潔凈、無創、高效的光刺激響應納米結構變化，具有重大研究價值。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種構建光響應DNA納米結構的方法，具體通過更改骨架和取代修飾偶氮苯合成新型光敏偶氮苯摻雜DNA鏈，實現在室溫下高效光控DNA解鏈與雜交，然后通過序列設計，將光敏DNA鏈和其他輔助DNA鏈共同退火得到光響應DNA納米結構。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

步驟一：以縮水甘油為原料采用三步合成制備甘油連接偶氮苯的亞磷酰胺保護單體；

步驟二：以亞磷酰胺保護單體為原料，通過DNA合成儀將偶氮苯插入到設計DNA序列中的指定位置，得到光敏DNA鏈；

步驟三：將光敏DNA鏈與其他設計序列一起加入緩沖溶液體系，放入PCR儀(或保溫杯)中進行退火，得到光響應DNA納米結構。

上述制備得到的光響應DNA納米結構，通過原子力顯微鏡等手段觀察DNA自組裝納米結構，在紫外光照射下，納米結構完全或部分散開，在可見光照射下，納米結構恢復。

進一步地，所述步驟一具體如下：

第一步：在4-二甲氨基吡啶(DMAP)和三乙胺(TEA)催化下用4,4'-二甲氧基三苯基氯甲烷(DMT-Cl)與(R)-(+)-縮水甘油的端羥基反應，保護端羥基；