一种荧光核酸银及其制备方法和应用转让专利
申请号 : CN201410391996.3
文献号 : CN104178483B
文献日 : 2016-12-07
发明人 : 陈秋云 , 陈甜甜
申请人 : 江苏大学
摘要 :
本发明属于金属离子检测和核酸试剂制备领域，特指一种荧光纳米核酸-银簇及其制备方法及其运用。本发明以小分子核酸为模版，合成了一种新型荧光DNA纳米银簇；纳米银簇的大小为2~4 nm；它的水溶液显示淡黄色，用600 nm红光激发，660 nm处有较强的荧光发射，荧光量子产率为0.2 （以联吡啶钌为对照），其660 nm处的荧光能被三价和二价铁离子淬灭，该DNA-AgNCs的荧光对于二价铁和三价铁离子有明显不同的荧光感应，对二价铁的灵敏度远远高于三价铁，因此，可用于定性和定量分析三价和二价铁的总量以及低浓度二价铁（10-9~10-5μM）和三价铁10-6~10-1μM）的定性分析。
权利要求 :
1.一种小分子核酸，其特征在于：其序列为5’-CCC TCC CTT CCC TCC CCG GGC CAA GAG TGT GCT AAA-3’。
2.一种荧光核酸银的制备方法，所述荧光核酸银的大小为2～4nm；它的水溶液显示淡黄色，用600nm红光激发，660nm处有较强的荧光发射，以联吡啶钌为对照荧光量子产率为
0.2，其660nm处的荧光能被三价和二价铁离子淬灭，其特征在于制备方法按照下述步骤进行：以5’-CCC TCC CTT CCC TCC CCG GGC CAA GAG TGT GCT AAA-3’的小分子核酸为模版，将小分子核酸和AgNO3溶液混合于柠檬酸钠缓冲液中；将混合溶液转到水浴加热，温度升到
70～80℃后稳定三分钟，缓慢降温到室温，降温时间为3.5-6小时；最后在上述溶液中以摩尔比BH4-:Ag+＝1:1～2:1加入NaBH4溶液，混匀于室温避光保存10分钟后转到4℃避光保存
24-40小时；即可得到稳定的荧光探针；
所述柠檬酸钠缓冲液的pH值为5，浓度为10mM；
+
所述小分子核酸与Ag的浓度分别为6.4μM和100～200μM。
3.如权利要求2所述的一种荧光核酸银的制备方法，其特征在于：所述Ag+的浓度为200μM。
4.如权利要求2所述的一种荧光核酸银的制备方法，其特征在于：所述温度为小分子核酸的Tm值，75℃。
5.如权利要求2所述的一种荧光核酸银的制备方法，其特征在于：所述降温时间为3.5小时。
6.如权利要求2所述的一种荧光核酸银的制备方法，其特征在于：所述BH4-:Ag+的摩尔比例为2:1。
7.如权利要求2所述的一种荧光核酸银的制备方法，其特征在于：所述NaBH4溶液的浓度为10mM；所述避光保存的时间为36小时。
8.权利要求2制备的荧光核酸银在荧光光谱法快速检测溶液中二价和三价铁含量的运用，其特征在于；用于定性和定量分析三价和二价铁的总量以及10-9～10-5μM的二价铁和10-6～10-1μM的三价铁的定性分析。
说明书 :
一种荧光核酸银及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于金属离子检测和核酸试剂制备领域，特指一种荧光纳米核酸-银簇及其制备方法及其在用荧光光谱法快速检测溶液中二价和三价铁含量的运用。
背景技术
[0002] 近年来，使用人工合成的探针选择性地感应和识别环境中以及生物体系统中重要的离子特别是重金属离子引起了人们极大的兴趣；铁离子在工业生产上广泛使用，同时它也是人体必需的微量元素之一，铁参与氧的运输与储存，还可以促进发育；增加对疾病的抵抗力；调节组织呼吸，防止疲劳；构成血红素，预防和治疗因缺铁而引起的贫血；使皮肤恢复良好的血色；铁(铁食品)虽然是人体必需的微量元素(微量元素食品)，铁本身也不具有毒性，但当摄入过量或误服过量的铁制剂时也可能导致铁中毒、心脏和肝脏疾病、糖尿病等，所以，在环境中以及生物体系统中简便并快速检测铁离子就显得尤为重要；近年来分光光度法被报道用于溶液中铁离子的检测[王爱荣, 谷永庆, 王少冷. 微量铁的分光光度测定概述[J]. 廣東微量元素科學, 2005, 12(9): 5-10]，但这些方法难以精确测量细胞中的金属离子且不能很好地区分二价铁离子和三价铁离子；荧光探针在生物和环境检测中有着广泛的应用,荧光探针的高灵敏性、高选择性使它成为化学分析中不可缺少的手段；以DNA为模板的银纳米簇因其良好的生物兼容性和较低的毒性而逐渐兴起[Zhao T T, Chen Q Y, Zeng C, Lan Y Q, Cai J G. Multi-DNA–Ag nanoclusters: reassembly mec hanism and sensing the change of HIF in cells [J]. J. Mater. Chem. B, 2013, 1(36): 4678-4683.; Obliosca J M, Liu C, Yeh H C. Fluorescent silver nanoclusters as DNA probes [J]. Nanoscale, 2013, 5(18): 8443-8461.]；荧光核酸银纳米团簇与特殊目标物质相互作用会引起荧光强度的改变，这为铁离子的定性和定量检测提供了一个新的思路，核酸银用于三价和二价铁离子的区别国际上未见报道，我们的研究将为生物体内铁离子种类的快速鉴别提供新的方法。
发明内容
[0003] 我们以一种序列为5’-CCC TCC CTT CCC TCC CCG GGC CAA GAG TGT GCT AAA-3’的小分子核酸（DNA) 为模版，上述核酸购自上海生工生物工程有限公司，合成了一种新型荧光DNA纳米银簇（标记为DNA-AgNCs)；纳米银簇的大小为2~4 nm；它的水溶液显示淡黄色，用600 nm红光激发，660 nm处有较强的荧光发射， 荧光量子产率为0.2 （以联吡啶钌为对照），其660 nm处的荧光能被三价和二价铁离子淬灭（参见附图2），说明该核酸纳米银簇（DNA-
[0004] AgNCs）是一种灵敏的荧光探针，由图2可见该DNA-AgNCs的荧光对于二价铁和三价铁离子有明显不同的荧光感应，对二价铁的灵敏度远远高于三价铁， 因此，可用于定性和-9 -5 -6 -1定量分析三价和二价铁的总量以及低浓度二价铁（10 ~10 μM）和三价铁（10 ~10 μM）的定性分析。
[0005] 新型荧光DNA纳米银簇（DNA-AgNCs)的合成反应过程如下：将DNA和AgNO3溶液混合于柠檬酸钠缓冲液（pH 5，10 mM）中，DNA与Ag+的浓度分别为6.4 μM和100~200 μM （最佳为200 μM）；将混合溶液转到水浴加热，温度升到70~80 ℃（最佳为DNA的Tm值75 ℃）后稳定三分钟，缓慢降温到室温，降温过程为3.5-6小时，最佳为3.5小时；最后在上述溶液中以摩尔比BH4-:Ag+ = 1:1~2:1（最佳为2:1）加入NaBH（4 10 mM）溶液，混匀于室温避光保存10分钟后转到4 ℃避光保存24-40小时，最佳36小时；用600 nm 红光激发， 测660 nm 处发射，即可得到稳定的荧光探针。
[0006] 反应液的最终体积为1 ml。
[0007] 本发明的优点：
[0008] 本发明基于转铁蛋白识别基因设计铁离子敏感性新型荧光核酸银簇，结果表明制备的核酸银探针能够很好地检验铁离子，且对于二价铁离子和三价铁离子有明显不同的响3+ -6 2+ -9
应，0.5 µM的DNA-AgNCs水溶液对于Fe 的感应可低至10 µM，对Fe 感应可低至10 µM，因此可用于低浓度条件下二价铁离子（10-9 ~10-5μM）和三价铁离子（10-6~10-1μM）的定性分析（见图3， 图1）；由于二价和三价铁离子的表现不同的生理功能，对二价铁和三价铁不同感应的荧光探针，可望用于二价铁离子反应迅速，现象明显的快速检测系统；本发明是国际上首次基于转铁蛋白识别基因的原理，将这种微观结合信号放大为宏观荧光变化，来实现金属铁离子的探测，是一种简便，直观、经济的分析方法，该方法也为基于核酸高识别原理发展新型分析试剂提供了理论上和技术上的支撑。
应，0.5 µM的DNA-AgNCs水溶液对于Fe 的感应可低至10 µM，对Fe 感应可低至10 µM，因此可用于低浓度条件下二价铁离子（10-9 ~10-5μM）和三价铁离子（10-6~10-1μM）的定性分析（见图3， 图1）；由于二价和三价铁离子的表现不同的生理功能，对二价铁和三价铁不同感应的荧光探针，可望用于二价铁离子反应迅速，现象明显的快速检测系统；本发明是国际上首次基于转铁蛋白识别基因的原理，将这种微观结合信号放大为宏观荧光变化，来实现金属铁离子的探测，是一种简便，直观、经济的分析方法，该方法也为基于核酸高识别原理发展新型分析试剂提供了理论上和技术上的支撑。
附图说明
[0009] 图1为DNA-AgNCs (0.5 µM) 的水溶液随着硝酸铁的加入荧光变化图，λex=600 nm；其中Fe(NO3)3浓度为a-i: 0、10-6 、10-5、10-4、10-3、10-2、5*10-2、10-1、5*10-1 µM 。
[0010] 图2为DNA-AgNCs (2 μM)水溶液加入0.1 μM FeCl3(1)、Fe(NO3)3 (2)、(NH4)2Fe(SO4)2 (3) 后的荧光淬灭图。
[0011] 图3为DNA-AgNCs (0.5 µM) 的水溶液随着(NH4)2Fe(SO4)2的加入荧光变化图，λex=600 nm；其中(NH4)2Fe(SO4)2浓度为a-f: 0、10-9 、10-8、10-7、10-6、10-5 µM。
[0012] 图4为荧光强度与(NH4)2Fe(SO4)2浓度的关系图，a-f: 0、10-9 、10-8、10-7、10-6、10-5 µM。
[0013] 图5为荧光强度与Fe(NO3)3浓度的关系图，a-i: 0、10-6 、10-5、10-4、10-3、10-2、5*10-2、10-1、5*10-1 µM 。
具体实施方式
[0014] 、试剂和原料
[0015] 反应中所用的溶剂皆为分析纯，所用试剂未加特殊说明直接应用而未经任何特殊处理；一水合柠檬酸钠，六水合硫酸亚铁铵，九水合硝酸铁，氢氧化钠，硼氢化钠（粉末，96%），硝酸银（99%，A.C.S.）购于国药集团化学试剂有限公司，DNA序列（上海生工生物工程有限公司）。
[0016] 紫外可见分光光度仪（日本岛津UV-2450型），190-800 nm；Carry Eclipse荧光分光光度计（美国瓦里安有限公司）；JEM-200CX型透射电镜（日本电子株式会社）；Jasco-810 圆二色谱仪(日本分光公司)； DHG-9140A型电热恒温鼓风干箱 （上海-恒科技有限公司）；DZF-6051型真空干燥箱 （上海-恒科技有限公司）；TopPette手动单道可调式移液枪（20-
200 μl）；PHS-3C酸度计（上海第二分析仪器厂）；恒温水浴锅(巩义市予华仪器有限公司)。
200 μl）；PHS-3C酸度计（上海第二分析仪器厂）；恒温水浴锅(巩义市予华仪器有限公司)。
[0017] 化合物的合成方法：
[0018] 实施例1（最佳合成条件）：
[0019] 将DNA和AgNO3溶液混合于柠檬酸钠缓冲液（pH 5，10 mM）中，DNA与Ag+的浓度分别为6.4和200 μM。将混合溶液转到水浴加热，温度升到DNA的Tm值（75 ℃）后稳定三分钟，缓- +慢降温到室温，降温过程为3.5小时，最后在上述溶液中以摩尔比BH4 :Ag =2:1加入NaBH4（10 mM）溶液，混匀于室温避光保存10分钟后转到4 ℃避光保存36小时，反应液的最终体积为1 mL； 配置2 μM、1 μM、0.5 μM DNA-AgNCs水溶液，用600 nm 红光激发， 测660 nm 处发射荧光强度分别为135，72，40。
[0020] 实施例2：
[0021] 将DNA和AgNO3溶液混合于柠檬酸钠缓冲液（pH 5，10 mM）中，DNA与Ag+的浓度分别为6.4和100 μM，将混合溶液转到水浴加热，升温度值（70 ℃）后稳定三分钟，缓慢降温到室温，降温过程为6小时；最后在上述溶液中以摩尔比BH4-:Ag+=1.5:1加入NaBH（4 10 mM）溶液，混匀于室温避光保存10分钟后转到4 ℃避光保存30小时，反应液的最终体积为1 ml；配置2 μM、1 μM、0.5 μM DNA-AgNCs水溶液，用600 nm 红光激发， 测660 nm 处发射荧光强度分别为70，34，15。
[0022] 实施例3：
[0023] 将DNA和AgNO3溶液混合于柠檬酸钠缓冲液（pH 5，10 mM）中，DNA与Ag+的浓度分别为6.4和200 μM，将混合溶液转到水浴加热，温度升至80 ℃后稳定三分钟，缓慢降温到室温，降温过程为4小时；最后在上述溶液中以摩尔比BH4-:Ag+=1:1加入NaBH（4 10 mM）溶液，混匀于室温避光保存10分钟后转到4 ℃避光保存24小时，反应液的最终体积为1 ml；配置2 μM、1 μM、0.5 μM DNA-AgNCs水溶液，用600 nm 红光激发， 测660 nm 处发射荧光强度分别为80，35，18。
[0024] 以实施例1得到的化合物为受试化合物
[0025] 选择浓度为0.5 μM DNA-AgNCs (λex=600 nm，λem=660 nm)水溶液，用Fe(NO3)3进行滴定，随着Fe(NO3)3浓度的增加，荧光强度降低（如图1）。
[0026] 实施例7：Fe2+的检测
[0027] 以实施例1得到的化合物为受试化合物
[0028] 选择浓度为0.5 μM DNA-AgNCs (λex=600 nm，λem=660 nm)水溶液，用(NH4)2Fe(SO4)2进行滴定，随着(NH4)2Fe(SO4)2浓度的增加，荧光强度降低 （如图3）。