[发明专利]构建光响应DNA纳米结构的方法

说明书

本发明提供了一种构建光响应DNA纳米结构的方法，包括下述步骤：步骤一，以缩水甘油为原料采用三步合成制备甘油连接偶氮苯的亚磷酰胺保护单体；步骤二，以亚磷酰胺保护单体为原料，通过DNA合成仪将偶氮苯插入到设计DNA序列中的指定位置，得到光敏DNA链；步骤三，将光敏DNA链与其他设计序列一起加入缓冲溶液体系，放入PCR仪(或保温杯)中进行退火，得到光响应DNA纳米结构；步骤四，通过原子力显微镜等手段观察DNA自组装纳米结构，在紫外光照射下，纳米结构完全或部分散开，在可见光照射下，纳米结构恢复。此方法可以方便的制备出光响应DNA纳米结构，实现了洁净、高效的光控纳米结构变化。

技术领域

本发明属于DNA纳米材料领域，尤其涉及一种构建光响应DNA纳米结构的方法。

背景技术

由DNA材料构筑的分子器件和纳米装置具有广泛的应用前景。一般DNA纳米机械装置可通过酶切、链置换等生物能形式驱动，也可以使用热、电或外加离子等形式驱动。由于光能源的安全、绿色、远程可控等优点，光控DNA材料成为理想的能量输入方式。

现有技术中，主要通过两种手段实现光控DNA的解链与杂交，包括在DNA骨架以化学键楔入光敏分子影响碱基配对，或者外加光响应且影响DNA杂交的小分子。出于体系安全和单个分子效用方面的考虑，通过化学键在分子内嵌入功能分子明显优于物理添加。20世纪末，日本的Asanuma和Komiyama等利用苏氨醇骨架将偶氮苯官能团楔入DNA序列，通过照射不同波长的光，控制DNA双链的解链与杂交。由骨架楔入的偶氮苯在可见光下呈反式构型，可插入到碱基对层间空隙，虽然会导致双螺旋结构略有扭曲变形，但由于疏水性偶氮苯对堆积力的贡献，可以保持甚至提高DNA双螺旋结构的稳定性；而紫外光照后偶氮苯呈顺式构型，由于体积位阻的影响，导致碱基间氢键作用减弱，双螺旋结构容易被打开。但用掺杂偶氮苯控制较长DNA序列时，少量光功能分子无法有效实现光控，而插入多个功能分子后，由于双螺旋结构扭曲形变严重，双链杂交稳定性降低。而且苏氨醇楔入的偶氮苯常温下异构化比例低，光控能力弱，许多工作只能在相对较高的温度下进行，严重阻碍了偶氮苯类光响应DNA的应用。

基于以上原因，2013年本发明人选择体积较小的甘油分子为骨架合成了新型偶氮苯掺杂DNA，减少楔入偶氮苯后双螺旋结构的扭曲变形；用醚键连接偶氮苯，提高光致异构化比例和光致解链效率；实现了室温下可逆光控解链，大大提高了光控效率；进一步研究实现了没有链消耗和副产物的光控可逆链置换，为光敏DNA自组装提供了新的材料。在这种新型光敏DNA材料的基础上，制备光响应DNA纳米结构，通过光控纳米结构变化，实现洁净、无创、高效的光刺激响应纳米结构变化，具有重大研究价值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种构建光响应DNA纳米结构的方法，具体通过更改骨架和取代修饰偶氮苯合成新型光敏偶氮苯掺杂DNA链，实现在室温下高效光控DNA解链与杂交，然后通过序列设计，将光敏DNA链和其他辅助DNA链共同退火得到光响应DNA纳米结构。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

步骤一：以缩水甘油为原料采用三步合成制备甘油连接偶氮苯的亚磷酰胺保护单体；

步骤二：以亚磷酰胺保护单体为原料，通过DNA合成仪将偶氮苯插入到设计DNA序列中的指定位置，得到光敏DNA链；

步骤三：将光敏DNA链与其他设计序列一起加入缓冲溶液体系，放入PCR仪(或保温杯)中进行退火，得到光响应DNA纳米结构。

上述制备得到的光响应DNA纳米结构，通过原子力显微镜等手段观察DNA自组装纳米结构，在紫外光照射下，纳米结构完全或部分散开，在可见光照射下，纳米结构恢复。

进一步地，所述步骤一具体如下：

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)与(R)-(+)-缩水甘油的端羟基反应，保护端羟基；