[發(fā)明專利]一種可功能化DNA自組裝的復(fù)合型納米孔

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010516733.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN111751434B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊靜;張成;梁遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): C12Q1/6869
• 分類號(hào): C12Q1/6869;C12Q1/56
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 陳征

本發(fā)明涉及納米孔技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種可功能化DNA自組裝的復(fù)合型納米孔。本發(fā)明首先利用軟件仿真，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)證；然后采用DNA Origami技術(shù)構(gòu)建DNA Origami納米孔，表征其結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證其生成效果；接著將構(gòu)建好的DNA Origami納米孔與各種納米材料如納米金屬顆粒、蛋白分子熒光基團(tuán)等進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建出可控的功能化的復(fù)合型納米孔。結(jié)合傳統(tǒng)固態(tài)納米孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多信號(hào)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，完成并提高納米孔檢測(cè)的精度和正確率。本發(fā)明制得的復(fù)合型納米孔具有精確可控的幾何形狀以及可以進(jìn)行多種內(nèi)外修飾等優(yōu)點(diǎn)，為構(gòu)建理想型納米孔提供了一種新的可行性方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米孔技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用DNA Origami技術(shù)制得的一種可功能化DNA自組裝的復(fù)合型納米孔。

背景技術(shù)

納米孔技術(shù)最初是為了實(shí)現(xiàn)單分子DNA或RNA的測(cè)序工作而發(fā)展來的，直至今日，隨著研究人員的不斷探索，納米孔技術(shù)早已不僅僅局限于核酸測(cè)序這一應(yīng)用，其在癌癥檢測(cè)、突變檢測(cè)、化學(xué)分析以及流體檢測(cè)等領(lǐng)域都取得了豐碩的成果。納米孔的基本工作原理：在充滿電解液的腔內(nèi)，帶有納米級(jí)小孔的絕緣防滲膜將腔體分成2個(gè)小室，當(dāng)電壓作用于電解液室，離子或其他小分子物質(zhì)可穿過小孔，形成穩(wěn)定的可檢測(cè)的離子電流。掌握納米孔的尺寸和表面特性、施加的電壓及溶液條件，可檢測(cè)不同類型的生物分子。目前使用的納米孔主要有兩種：生物納米孔(α-溶血素，MspA等)和固態(tài)納米孔(包括各種硅基材料、SiNx、碳納米管、石墨烯、玻璃納米管等)。

生物納米孔是天然的生物納米器件，具有特定的孔徑結(jié)構(gòu)、生物活性及能夠插入脂雙分子層膜的能力，由于可進(jìn)行靈活的化學(xué)或生物修飾而受到科學(xué)家的青睞。固態(tài)納米孔主要是在氮化硅、二氧化硅和石墨烯等絕緣材料上用離子刻蝕技術(shù)、電子刻蝕技術(shù)、聚焦電子束(FEB)或離子束(FIB)等制作出的微小孔洞。目前固態(tài)納米孔的制備，首先用常規(guī)微加工技術(shù)制作30～500nm厚的懸空薄膜，再用離子束或電子束等在硅或其他材料薄膜表面鉆出2～100nm的孔洞。納米孔具有物理和化學(xué)穩(wěn)定性好，孔徑大小和形狀可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。

DNA自組裝技術(shù)為納米級(jí)別微觀粒子操控提供了良好的工具，并因此成為DNA計(jì)算領(lǐng)域的核心關(guān)鍵技術(shù)之一?；贒NA自組裝的納米結(jié)構(gòu)具有微觀可編程操控性、巨大的并行性和很高的能量效率及存儲(chǔ)能力，已被廣泛應(yīng)用于分子計(jì)算、生物芯片、生物密碼技術(shù)、納米機(jī)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、靶向運(yùn)輸?shù)确矫妗?/p>

納米孔技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，然而如何控制納米孔的精確形狀，以及如何對(duì)它們的孔洞進(jìn)行具體的修飾是納米孔技術(shù)向前發(fā)展所必須要面臨的兩個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

納米孔技術(shù)具有樣品微小、操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)檢測(cè)和應(yīng)用廣泛等多種優(yōu)點(diǎn)，以成為下一代核酸測(cè)序以及蛋白質(zhì)檢測(cè)的熱點(diǎn)研究技術(shù)領(lǐng)域。生物納米孔與固態(tài)納米孔技術(shù)雖然都有其明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但也都存在一些難以突破的技術(shù)壁壘，如生物納米孔孔徑較小且形狀固定，大多數(shù)只能進(jìn)行核酸測(cè)序且準(zhǔn)確性難以保證，而固態(tài)納米孔難以實(shí)現(xiàn)針對(duì)生物大分子微小結(jié)構(gòu)變化的檢測(cè)，且由于納米孔結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，只能夠?qū)悠返拇┻^與否進(jìn)行檢測(cè)，無法控制樣品穿過的前后順序和相對(duì)排布，以及多種樣品的種類檢測(cè)順序。因此，研究開發(fā)一種兼具生物與固態(tài)納米孔技術(shù)優(yōu)點(diǎn)而又最大程度避免其各自缺點(diǎn)的理想型的納米孔，是使得納米孔技術(shù)繼續(xù)發(fā)展壯大的必由之路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有精確可控的幾何形狀以及可以進(jìn)行多種內(nèi)外修飾等優(yōu)點(diǎn)的可功能化基于DNA自組裝的復(fù)合型納米孔。

本發(fā)明遵循由淺入深，循序漸進(jìn)的研究流程。首先利用計(jì)算機(jī)輔助，進(jìn)行可行性分析，通過軟件仿真，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行驗(yàn)證；其次，引入交叉領(lǐng)域技術(shù)即DNA Origami技術(shù)，實(shí)驗(yàn)構(gòu)建DNA Origami納米孔，并運(yùn)用各種仿真或?qū)嶒?yàn)手段實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)表征，驗(yàn)證其生成效果，為下一步的組裝復(fù)合型納米孔做好準(zhǔn)備；最后將構(gòu)建好的DNA Origami納米孔與各種納米材料如納米金屬顆粒、蛋白分子熒光基團(tuán)等進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)建出可控的功能化的復(fù)合型納米孔。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)固態(tài)納米孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多信號(hào)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，提高納米孔檢測(cè)的精度和正確率。