專利名稱：Dna分子的微/納米圖形的構建方法
技術領域：
本發明涉及一種DNA分子的微/納米圖形的構建方法。
背景技術：
DNA分子是生物體內的一種重要遺傳物質。它是由互補堿基形成的直 徑大約2納米的均一雙螺旋分子，具有較為穩定的物理、化學特性。由于 DNA分子具有這些獨特的性質，隨著納米科技的發展，人們認識到DNA分 子是一種前景廣闊的優良納米材料。利用DNA分子構建的納米圖形可以為 設計基于DNA分子的納米器件提供良好的模板，比如說，可以用DNA分 子構建的圖形為模板構建納米導線和電路；可以用DNA分子構建的圖形作 為納米級的"反應室"，將一些生物、化學反應控制在各個"區間"進行反 應；同時，還有可能在這些納米級的"反應室"內研究一些物質的"尺寸" 效應"。因此DNA分子構建的納米圖形受到了人們的高度重視。
目前已有的構建DNA分子圖形的方法主要有三類(1)利用設計好的 帶有單鏈DNA末端的DNA分子自組裝形成DNA分子圖形；(2)利用設計 好的單鏈DNA自組裝形成DNA分子圖形；(3)利用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,簡稱AFM)針尖直接操縱DNA分子形成預期的圖形；(4) 禾U用分子梳(molecular combing )或改進的分子梳(modified molecular combing) 排布DNA分子形成圖形。目前，前兩種方法屬于一類只能夠對帶有單鏈DNA 末端的DNA分子或設計好的單鏈DNA發揮作用，同時，這類方法構建的 DNA圖形中不能夠避免DNA分子的交叉現象。用第(3)種方法雖然可以 構建出比較復雜的DNA圖形，但是效率非常低；用第(4)種方法往往只能構 建一些簡單的DNA分子圖形。因此，很有必要發展一種高效的且能夠構建復雜DNA分子圖形的方法。
本發明要解決的技術問題即是提供一種高效的DNA分子的微/納米圖形 的構建方法，其能夠構建復雜的DNA分子圖形。
本發明人經過諸多試驗，驚奇地發現利用基底原子排布所起到的模板效 應，并結合流體對基底上吸附物如DNA分子的擾動，可最終使吸附物的排 布趨于有序化；換言之，吸附物的排布受到基底原子排布(晶格)的影響。 具體來說，本發明在高序熱解石墨(HOPG)基底上，通過液體的擾動成功 地實現了 DNA分子的規則排布，形成了規則的微/納米圖形。
因此，本發明通過下列技術方案來解決上述問題 一種DNA分子的微/ 納米圖形的構建方法，其包括將DNA分子分散吸附于高序熱解石墨基底上， 采用液體擾動使DNA分子規則排布成納米和/或微米圖形。
根據本發明，所說的"微湖米圖形"或"納米和域微米圖形"是指單 個圖案的兩維尺寸大小在50nm 800nm之間的圖形。
較佳地，所述的DNA分子規則排布的方向與基底原子排布的方向相基 本一致。
較佳地，所述的將DNA分子吸附于高序熱解石墨基底上可以采用下列 步驟:將濃度不超過20ng/pl的DNA分子溶液滴在高序熱解石墨基底表面上， 靜置1 10分鐘。由于DNA溶液濃度太濃，不易分散地吸附于基底上，而濃 度太低，雖便于分散，但DNA分子太少，形成的圖案也較少，所以本發明 試驗時DNA分子溶液濃度一般選在2-20ng^l;更佳的是選用濃度為10ng/pl 的DNA分子溶液，靜置3 5分鐘。
根據本發明，所述的液體擾動可以通過使滴有DNA分子溶液并靜置后 的基底水平旋轉來實現。為更好地避免溶液中的其它成分沉積于基底，而夾 雜于形成的DNA圖案中，較佳地可先將靜置后的DNA分子溶液(TE緩沖液，pH8.0)除去，再滴上不含雜質的水后使基底水平旋轉。
根據本發明，所述的將溶液除去的方式可以采用吸耳球等產生氣流的裝 置將DNA溶液吹掉、用潔凈的可吸水物件如濾紙將DNA溶液吸掉，或者 將基底置于離心機上快速旋轉如2000轉/分旋轉5秒將液滴旋轉出表面等。 這些方式可使DNA分子很好地分散在高序熱解石墨基底表面。
根據本發明，所述的使基底水平旋轉進行液體擾動可以采用離心機將基 底進行》600轉/分，優選600~1400轉/分的旋轉3 10分鐘來實現。
在本發明上述操作過程中，也可以利用AFM隨時觀察形成的DNA圖 形，觀察之前利用上述溶液除去的方式將基底上的液體除去，如果DNA圖 形不是很規則，上述的液體擾動步驟可反復進行直至所需的規則圖形形成。
根據本發明，所述的DNA分子為雙鏈。
本發明可以高效地構建復雜的DNA分子的微/納米圖案，操作手段簡單， 成本低廉；構成的DNA分子的納米圖案可以為設計基于DNA分子的納米 器件和納米層次的可控反應提供良好的模板。
圖1為在操作過程的不同階段的DNA分子的AFM成像圖(掃描范圍 460腿x 460nm);
圖2為本發明一實施例得到的DNA圖形(AFM觀察，A圖，掃描范圍 800 nm x 800 nm)，并將其與HOPG的原子排布圖像(掃描遂道顯微鏡圖像) 作了對照(B圖，掃描范圍10nmxlOnm)。
圖3為本發明另一實施例得到的DNA圖形(掃描范圍600 nm x 1000 nrn)。
圖4為本發明又一實施例得到的DNA圖形(掃描范圍550 nm x 550 nm)。
具體實施例方式
下面用實施例來進一步說明本發明，但本發明并不受其限制。
下列實施例采用ADNA樣品(上海華美生物有限公司)作為圖形的構建方 法的標準樣品。 實施例1
為演示變化過程和監測微/納米圖形形成的規則程度，本實施例分步進行 液體擾動。
首先將新剝離的HOPG[美國維易科(Veeco)精密儀器有限公司]粘在 離心機的轉軸上，然后取10微升濃度為lOng"l的DNA溶液(TE緩沖液， pH 8.0)滴在基底HOPG表面中心位置處，靜置3~5分鐘后用吸耳球將DNA 溶液吹掉，用AFM觀測顯示DNA分子隨機吸附于基底上，如圖1的A所 示。接著取IO微升雙蒸水滴在HOPG表面中心位置處，并起動離心機使其 在1200轉/分條件下旋轉，3分鐘后將轉速提高到2000轉/分旋轉5秒(S) 將水滴旋轉掉，用AFM觀測顯示DNA分子一定程度上有序，如圖1的B 所示；再次取IO微升雙蒸水滴在HOPG表面中心位置處，重復進行上述離 心機的操作一次，用AFM觀測顯示DNA分子較前更有序排列，如圖1的C 所示；在重復上述滴水擾動操作一次后，可得到如圖2的A所示的規則、復 雜的DNA分子微/納米(二維尺寸大小為50nm 800nm之間)圖案(注此 圖的成像位置與圖1的A C并非同一位置)。參照圖2的B所示的HOPG 的原子排布圖像(掃描遂道顯微鏡圖像)，可以看出DNA分子的排布方向與 HOPG的原子排布(白色箭頭表示原子排布方向) 一致。
實施例2
取100微升濃度為2ng/pl的DNA溶液滴在基底HOPG表面中心位置處， 靜置10分鐘后用濾紙將DNA溶液吸掉。接著取100微升雙蒸水滴在HOPG 表面中心位置處，并起動離心機使其在600轉/分條件下旋轉，10分鐘后將 轉速提高到2000轉/分旋轉5s將水滴旋轉掉可得到如圖3所示的規則、復雜
6的DNA分子微/納米(尺寸大小為50nm 800nm之間)圖案。 實施例3取5微升濃度為20ng 1的DNA溶液滴在基底HOPG表面中心位置處， 靜置1分鐘后起動離心機使其在1400轉/分條件下旋轉，3分鐘后將轉速提 高到2000轉/分將水滴旋轉掉，可得到如圖4所示的規則、復雜的DNA分 子微/納米(尺寸大小為50nm 800nm之間)圖案。
權利要求
1、一種DNA分子的微/納米圖形的構建方法，其包括將DNA分子分散吸附于高序熱解石墨基底上，采用液體擾動使DNA分子規則排布成納米和/或微米圖形。
2、 如權利要求1所述的構建方法，其特征在于所述的DNA分子規則排 布的方向與基底原子排布的方向相基本一致。
3、 如權利要求1所述的構建方法，其特征在于所述的將DNA分子分散 吸附于高序熱解石墨基底上包括下列步驟將濃度為2 20ng4d的DNA分 子溶液滴在高序熱解石墨基底表面上，靜置1 10分鐘。
4、 如權利要求3所述的構建方法，其特征在于所述的DNA分子溶液濃 度為lOng/pl,靜置時間為3~5分鐘。
5、 如權利要求3所述的構建方法，其特征在于所述的液體擾動包括使 滴有DNA分子溶液并靜置后的基底水平旋轉。
6、 如權利要求3所述的構建方法，其特征在于所述的液態擾動包括在 靜置后先將溶液除去，再滴上水后使基底水平旋轉。
7、 如權利要求6所述的構建方法，其特征在于所述的將溶液除去的方 式可選用吸耳球將DNA溶液吹掉、用濾紙將DNA溶液吸掉，或將基底置 于離心機上快速旋轉將液滴旋轉出表面。
8、 如權利要求7所述的構建方法，其特征在于所述的將液滴旋轉出表 面的離心機的速度為2000轉/分，時間為5秒。
9、 如權利要求5 8任一項所述的構建方法，其特征在于所述的使基底 水平旋轉是采用離心機將基底進行600~1400轉/分的旋轉3 10分鐘。
10、 如權利要求1所述的構建方法，其特征在于本發明所述的DNA分 子為雙鏈。
全文摘要
本發明公開了一種DNA分子的微/納米圖形的構建方法，其包括將DNA分子分散吸附于高序熱解石墨基底上，采用液體擾動使DNA分子規則排布成納米或微米圖形。本發明可以高效地構建復雜的DNA分子的微/納米圖案，操作手段簡單，成本低廉；構成的DNA分子的納米圖案可以為設計基于DNA分子的納米器件和納米層次的可控反應提供良好的模板。
文檔編號C12N15/00GK101323851SQ20071004186
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者孫潔林, 益 張, 鵬 王, 王化斌, 鈞 胡 申請人:中國科學院上海應用物理研究所