一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计及其制备方法

摘要

本发明公开一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，所述的荧光纳米温度计包括银纳米簇、温敏性发夹结构DNA序列和富鸟嘌呤DNA序列；其中，所述银纳米簇和富鸟嘌呤DNA序列分别连接在温敏性发夹结构DNA序列的两端。本发明进一步公开了上述荧光纳米温度计的制备方法。本发明荧光纳米温度计避免了传统温度计荧光分子修饰的发夹结构温度计细胞毒性、易漂白、难制备以及灵敏度受能量转移效率的限制等缺点，同时增强了银纳米簇的温敏性，具有很好的发展前景。

权利要求

1.一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，其特征在于，所述的荧光纳米温度计包括银纳米簇、温敏性发夹结构DNA序列和富鸟嘌呤DNA序列；其中，所述银纳米簇和富鸟嘌呤DNA序列分别连接在温敏性发夹结构DNA序列的两端；所述银纳米簇是以序列如SEQ ID No.1所示的DNA模板合成；所述温敏性发夹结构DNA序列如SEQ ID No.2所示，如SEQ ID No.3所示或如SEQ ID No.4所示；所述富鸟嘌呤DNA序列如SEQ ID No.5所示。

2.一种权利要求1所述荧光纳米温度计的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）合成DNA序列：所述DNA序列的中间段为温敏性发夹结构DNA序列，其两端分别为用于合成银纳米簇的DNA模板序列和富鸟嘌呤DNA序列；其中，所述用于合成银纳米簇的DNA模板序列如SEQ ID No.1所示；所述温敏性发夹结构DNA序列如SEQ ID No.2所示，如SEQ ID No.3所示或如SEQ ID No.4所示；所述富鸟嘌呤DNA序列如SEQ ID No.5所示；

2）以步骤1）获得的DNA序列合成银纳米簇：将步骤1）获得的DNA序列和硝酸银加入到缓冲液中，震荡，冰浴，之后加入硼氢化钠，震荡，冰浴，即得。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）获得的DNA序列和硝酸银的物质的量比为1:6 -7。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸银与硼氢化钠的物质的量比为1:1 -1.2。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述缓冲液为10 mM，pH 7.0的磷酸缓冲液。

说明书

一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米温度计领域。更具体地，涉及一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计及其制备方法。

背景技术

[0002] 温度作为一个在细胞环境中十分重要的热力学参数，影响着其中的化学反应平衡以及核酸和蛋白质的物理状态。所以准确测量微小体系的温度，对从细胞水平认知生命过程具有重要意义。

[0003] DNA发夹结构具有温敏性。在较低温度时DNA发夹结构折叠，而在高温下，折叠的DNA发夹结构会打开。利用DNA发夹结构这种温敏的性质，并进一步在发夹结构的两端分别连接荧光分子和淬灭分子，就形成了基于能量转移的荧光纳米温度计。其灵敏区间与Tm(熔化温度)有关。然而，这种发夹结构温度计存在一些不可避免缺点，例如：细胞毒性、易漂白、难制备等。此外，其灵敏度受能量转移效率的限制。

[0004] 因此，需要提供一种荧光纳米温度计，以克服以上缺点。

发明内容

[0005] 本发明的一个目的在于提供一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，可用于微小体系温度的检测。

[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种上述荧光纳米温度计的制备方法。

[0007] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0008] 本发明提供了一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，所述的荧光纳米温度计包括银纳米簇、温敏性发夹结构DNA序列和富鸟嘌呤DNA序列；其中，所述银纳米簇和富鸟嘌呤DNA序列分别连接在温敏性发夹结构DNA序列的两端。

[0009] 优选的，所述银纳米簇是以CCCTTAATCCCC(如SEQ ID No.1所示)为DNA模板合成。

[0010] 优选的，所述温敏性发夹结构DNA序列是根据所需的响应范围进行设计，例如可以为ATCATAATTATTGTTTTTTTTTTTTTTTACTATTTTTTTGAT(如SEQ ID No.2示)，ATCTAATCATTATTGTTTTTTTTTTTTTTTACTATTATGTTTAGAT(如SEQ ID No.3示)，或ATATACATTTGTTTTTTTTTTTTACATATGTATAT(如SEQ ID No.4)。

[0011] 优选的，所述富鸟嘌呤DNA序列为GGGTGGGGTGGGGTGGGG(如SEQ ID No.5示)。

[0012] 本发明还提供了一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计的制备方法，包括以下步骤：

[0013] 1)根据测试温度范围需求设计并合成特定DNA序列：

[0014] 所述特定DNA序列的中间段为温敏性发夹结构DNA序列，其两端分别为用于合成银纳米簇的DNA模板序列和富鸟嘌呤DNA序列；

[0015] 2)在特定DNA序列合成银纳米簇：将特定DNA序列和硝酸银加入到缓冲液中，震荡，冰浴20min-30min，之后加入硼氢化钠，震荡，冰浴1-1.5h，即得。

[0016] 优选的，所述特定DNA序列和硝酸银的物质的量比为1:6-7。

[0017] 优选的，所述硝酸银与硼氢化钠的物质的量比为1:1-1.2。

[0018] 优选的，所述缓冲液为10mM，pH 7.0的磷酸缓冲液。

[0019] 进一步，本发明以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计在荧光光谱上进行测试，激发波长为580nm，发射波长为636nm。

[0020] 本发明以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计利用一定温度下，DNA序列中发夹结构解链改变银纳米簇与富鸟嘌呤片段的距离，调控它们之间的相互作用，利用荧光强度的变化实现DNA纳米结构对温度的检测。

[0021] 本发明的有益效果如下：

[0022] 本发明以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计利用以DNA为模板的银纳米簇与富鸟嘌呤序列接近时红色荧光明显增强的原理设计合成的，适用于多种温度区间的测量。本发明荧光纳米温度计避免了传统温度计荧光分子修饰的发夹结构温度计细胞毒性、易漂白、难制备以及灵敏度受能量转移效率的限制等缺点，同时增强了银纳米簇的温敏性，具有很好的发展前景。

附图说明

[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0024] 图1示出实施例1-3以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计的结构以及工作原理示意图。

[0025] 图2示出实施例1-3DNA纳米结构透射电镜图，a为低倍下的透射电镜图，b为高分辨透射电镜图，d＝0.23纳米为银(111)面的晶格间隙。

[0026] 图3示出实施例1以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计荧光光谱随温度的变化，变化范围为0℃-50℃，间隔为5℃。

[0027] 图4示出实施例1以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计荧光强度随温度的变化，变化范围为0℃-50℃，间隔为5℃。

[0028] 图5示出实施例1-3以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计荧光强度随温度的变化，变化范围为0℃-50℃，间隔为5℃。

[0029] 图6示出实施例3以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计荧光强度随温度的变化，变化范围为30℃-50℃，间隔为5℃。

具体实施方式

[0030] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

[0031] 实施例1一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计

[0032] 一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，包括以下步骤：

[0033] 1)合成特定DNA序列(Tm为22.4℃)：

[0034] 5‘- ATCATAATTATTGTTTTTTTTTTTTTTTACTATTTTTTTGATGGGTGGGGTGGGGTGGGG-3’(如SEQ ID No.6所示，加粗部分为用于合成银纳米簇的DNA模板序列，中间段为发夹结构DNA序列，下划线部分为富鸟嘌呤DNA序列)。

[0035] 2)特定DNA序列合成银纳米簇构建纳米温度计：

[0036] 将物质的量比为1:6的特定DNA序列和硝酸银加入到10mM，pH 7.0的磷酸缓冲液中，震荡20s，然后在黑暗中冰浴反应20min；之后加入新配置的硼氢化钠，硝酸银与硼氢化钠的物质的量比为1:1，震荡20s，继续在冰水浴中保持1h，即得荧光纳米温度计，结构如图1所示，透射电镜图如图2所示。

[0037] 将上述所制得的以DNA纳米结构的荧光纳米温度计放在荧光光谱仪上进行测试，激发波长分别为460nm和580nm，发射波长分别为543nm和636nm，测试范围为0-50℃，温度间隔为5℃。结合图3及图4可以看出，在543nm，荧光强度随温度均匀下降，但是灵敏度较差。在636nm，15℃-30℃之间，荧光强度变化最明显，说明在这段温度区间内灵敏性高，与发夹结构的Tm有关，通过对比，说明设计的荧光纳米温度计对银纳米簇的温敏性有所增强。

[0038] 实施例2一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计

[0039] 一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，包括以下步骤：

[0040] 1)合成特定DNA序列(Tm为38.7℃)

[0041] 5‘- ATCTAATCATTATTGTTTTTTTTTTTTTTTACTATTATGTTTAGATGGGTGGGGTGGGGTGGGG-3’(如SEQ ID No.7所示，加粗部分为用于合成银纳米簇的DNA模板序列，中间段为发夹结构DNA序列，下划线部分为富鸟嘌呤DNA序列)。

[0042] 2)特定DNA序列合成银纳米簇构建纳米温度计

[0043] 将物质的量比为1：7的特定DNA序列和硝酸银加入到缓冲液中，震荡30s，然后在黑暗中冰浴反应30min；之后加入新配置的硼氢化钠，硝酸银与硼氢化钠的物质的量比为1：1.2，震荡30s，继续在冰水浴中保持1.5h，即得荧光纳米温度计，结构如图1所示，透射电镜图如图2所示。

[0044] 将上述所制得的以DNA纳米结构的荧光纳米温度计放在荧光光谱仪上进行测试，激发波长为580nm，发射波长为636nm。测试范围为0-50℃，温度间隔为5℃。结果如图5所示，从图中可以看出，25℃-40℃之间，荧光强度变化最明显，说明在这段温度区间内灵敏性高，与发夹结构的Tm有关。

[0045] 实施例3一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计

[0046] 一种以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计，包括以下步骤：

[0047] 1)合成特定DNA序列(Tm为48.7℃)

[0048] 5‘- ATATACATTTGTTTTTTTTTTTTACATATGTATATGGGTGGGGTGGGGTGGGG-3’(如SEQ ID No.8所示，加粗部分为用于合成银纳米簇的DNA模板序列，中间段为发夹结构DNA序列，下划线部分为富鸟嘌呤DNA序列)

[0049] 2)特定DNA序列合成银纳米簇构建纳米温度计

[0050] 将物质的量比为1：6的特定DNA序列和硝酸银加入到缓冲液中，震荡25s，然后在黑暗中冰浴反应25min；之后加入新配置的硼氢化钠，硝酸银与硼氢化钠的物质的量比为1：1.1，震荡25s，继续在冰水浴中保持1.2h，即得荧光纳米温度计，结构如图1所示，透射电镜图如图2所示。

[0051] 将上述所制得的以DNA纳米结构的荧光纳米温度计放在荧光光谱仪上进行测试，激发波长为580nm，发射波长为636nm。测试范围为0-50℃，温度间隔为5℃。结果如图5所示，从图中可以看出，30℃-50℃之间，荧光强度变化最明显，说明在这段温度区间内灵敏性高。进一步，仅针对30-50℃的测试范围在在荧光光谱仪上进行测试，如图6所示，可以看出温度与荧光强度具有很好的线性关系。

[0052] 结合实施例1，2和3(图5)，可以看出，不同的发夹结构的以DNA纳米结构为基础的荧光纳米温度计的灵敏范围也不一样，表明本发明荧光纳米温度计可以通过合理的结构设计来改变温度灵敏范围，以适用于不同体系的温度测试要求。

[0053] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。