1。介绍
DNA介导的开创性研究金纳米粒子的组装由墨金等。
1- - - - - -
3)打开门,许多潜在的应用在生物传感、医学诊断和药物输送。广泛的研究工作旨在理解所涉及的交互和反应活性dna纳米组装(
4- - - - - -
26]。例子包括DNA-gold纳米粒子与荧光签名(
7,顺序相依dna重组金纳米粒子的稳定
8),淬火单链DNA-linked纳米粒子的
12,
13),使用编码DNA杂交分析金属纳米线(
14- - - - - -
17),单碱基不匹配相关的荧光猝灭(
18),SERS-based多路检测(
19],grazing-angle-FTIR探测方向的DNA-nanoparticle杂交(
20.),改进的敏感性和耐光性DNA-hybridizations使用染料掺杂纳米颗粒(
21],限制性内切酶的拆卸和DNA连接酶重组DNA-nanoparticle网络(
22,
23]。虽然有了更多了解装配过程,相对很少有人知道拆卸过程。能够控制装配和拆卸使用biorecognition功能的DNA或蛋白质结合纳米粒子在生物过程很重要,特别是在药物输送,基因治疗,免疫治疗,在广泛的生物探针和传感器。
在这个报告中,我们描述的研究的初步结果的可行性操作装配/拆卸过程的DNA和Au纳米粒子分子干预。我们不是第一个在研究装配/拆卸过程。温度引起的dna与金纳米粒子的组装和拆卸过程证明了墨金等。
1- - - - - -
3)作为一个模型系统的概念验证演示干预策略。在概念上见方案
1,引入分子识别探测器(P1)成一个解决方案的两种类型的DNA-anchored纳米粒子,例如,DNA1-capped盟(A1)和DNA2-capped盟(A2)的目标DNA (T1)此前报道
1- - - - - -
3),导致装配/拆卸过程的干预的可能性取决于其识别与A1, A2、T1。例如,如果认可之间发生P1和T1, P1的存在可以防止A1与T1组装溶液温度降低。这个过程可以通过监控发现金纳米粒子的光学性质的变化和他们的DNA总成。因此,P2的形成提供了机会进一步调优的界面反应活性DNA-nanoparticle生物测定或生物材料工程,这项工作构成的基本动机。
一个示意图(规模)说明:(S1)的装配和拆卸DNA1-capped盟(A1)和DNA2-capped盟(A2)纳米粒子通过目标DNA (T1)在改变温度(
▴
=
热至75 -
80年
°
C;
▾
=
逐渐冷却
25
°
C (RT));和(S2)干预的拆卸P1引入加热解决方案导致的形成P2在回到室温。
![]()
与温度有关的装配/拆卸过程(S1)记录(
1- - - - - -
3]。演示干预过程的可行性(S2),我们使用和以前一样的寡核苷酸(
1- - - - - -
3),包括DNA1:
5
′
-TCTCAACTCGTA / 3 thiomc3-d /
3
′
DNA2:
5
′
/ 5 thiomc6-d / CGCATTCAGGAT -
3
′
,DNA3:
5
′
-TACGAGTTGAGAATCCTGAATGCG -
3
′
(集成DNA技术,Inc .)与标准脱盐净化和citrate-capped金纳米粒子(
非盟
纳米
11.4
±
0.8
海里)是合成使用报告的过程(
27]。DNA1和DNA2首先溶解在0.1磷酸盐缓冲剂(pH值8)浓度,从300年到370年
μ
m . DNA1中的二硫键和DNA2裂解使用方法类似于报道过程(
1- - - - - -
3),二硫苏糖醇(德勤)添加0.1最终浓度
∼
10个核苷酸的OD最终成交量为400
μ
l .解决方案是允许在室温下反应2小时,然后通过NAP-5列(Amersham生物科学),和一个整除1.1毫升磷酸盐缓冲剂(pH值8)被添加到列洗提裂解寡核苷酸。最终裂解dna的浓度是20
μ
米有
OD
260年
纳米
2.2。dna的确切浓度略有变化取决于特定的实验。
金纳米粒子的表面功能化裂解
5
′
和
3
′
硫醇修饰的寡核苷酸(
1- - - - - -
3A1和A2)形式。短暂,1毫升的裂解dna(1或2)分别加入5毫升的金纳米粒子(股票浓度14海里)。解决了站在室温16小时后它被稀释0.1 M氯化钠和10毫米磷酸盐缓冲剂(7)pH值和允许站在室温下另一个40小时。DNA-capped纳米颗粒被离心机在14000 rpm,洗两次25分钟(每次解决方案在0.1 M氯化钠/ 10毫米redispersed磷酸盐缓冲剂(pH值7)解决方案)之前redispersed在最后(0.3 M氯化钠/ 10毫米磷酸盐缓冲剂(pH值7)和0.01%叠氮化钠)解决方案和储存在室温下。在某些情况下,DNA-capped纳米粒子被加热的解决方案
50
°
C离心前10分钟。根据使用的纳米粒子和DNA的批处理,每个组件的浓度略有不同。
本研究显示使用的金纳米粒子表面等离子体共振(SP)乐队大约在520纳米(图
1),这种转变是相关的变化大小、颗粒间的距离,和电介质
28- - - - - -
32]。如图
1(一),DNA的解决纳米粒子(A1
+
A2)解决方案(红色)表现出一个SP乐队在525海里。在T1的室温,SP乐队将逐渐从525纳米
∼
560海里内30分钟的时间框架,之后开始发生吸光度下降由于组装解决方案的降水,由于大型集群的形成。溶液的颜色从红色变成紫色的在这个过程。TEM图像样本A1和A2解决方案显示,分散和孤立的纳米颗粒,而示例包含A1, A2, T1的DNA表现出高度聚集的纳米粒子组装的特点(左面板的图
1(一))。集群的程度依赖于纳米粒子的浓度,寡核苷酸,和盐,除了温度(数据没有显示)。这个装配/拆卸过程是可逆的光谱为代表的进化在加热的过程中DNA的熔化温度和上面的解决方案的过程回到室温(图
1 (b))[
1- - - - - -
11]。在这个例子中,被加热的解决方案
80年
°
C 5分钟,红色的颜色和显示的解决方案SP乐队转移到525海里。溶液温度冷却下来时,溶液的颜色发紫伴有红移和SP的扩大乐队。这些观察那些报道是一致的(
1- - - - - -
11]。
光谱的进化SP乐队显示DNA的纳米粒子的组装(A1和A2)的目标DNA (T1) (a),反应在加热和冷却的解决方案a (b),和反应性在加热和冷却解决方案的一个uncleaved DNA (P1) (c), TEM图像样本A1, A2,在左侧面板总成包括比较。(注意,程序集的比例尺小为了显示集群的程度)。浓度对各种组件:
(
非盟
纳米
]
=
3.3
纳米;(DNA1或DNA2)
=
1.0
μ
M;(T1)
=
0.1
μ
M;(P1)
=
1.2
μ
M。
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![]()
![]()
作为一个例子中,我们使用uncleaved DNA1 (
5
′
-TCTCAACTCGTA / 3 thiomc3-d / -
3
′
)P1演示process-S2的可行性方案
1。当DNA-nanoparticle大会被加热的解决方案
80年
°
C,一定量的P1 (12 x T1 DNA浓度)被添加到解决方案。溶液温度保持在
65年
°
(图C的额外5分钟
1 (c))。溶液冷却到室温时,SP乐队保持在525海里没有检测到扩大向长波长。颜色仍然是红色。这个观察是鲜明的对比观察同样的过程
一个
1
+
A2
+
T
1
在缺乏P1(图
1 (b))。
光谱的对比进化是指示性的干预P1在组装过程中,它作为一个例子展示的可行性操作dna互补约束的装配/拆卸过程。缺乏的解决方案颜色和光谱吸光度变化第二过程表明,P1已取代A1的互补的绑定,可以解释为不同规模和流动性之间P1和A1。相比,A1 DNA1附加在纳米颗粒表面,P1较小规模和更快的流动。因此,P1和T1之间的反应性在冷却温度青睐在A1的互补结合T1,见方案
2。基于浓度的A1和A2(离心后),T1, P1用于反应Au纳米颗粒的球形模型,估计thiolate-oligonucleotides表面覆盖,在优化的表面包装条件下,每个粒子(约150
7)与
∼
25%被绑定到T1。P1的数量添加到解决方案(
∼
350 P1分子/纳米颗粒和T1浓度12倍)因此超过足以杂交T1半个之前与A1。预计干预的比例应该依赖P1与其他组分的相对浓度的解决方案。
插图的互补绑定(规模)在P2的结构,和详细的绑定的A2和P1的存在互补DNA (T1)。
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虽然初步结果将进一步深入调查的详细结构和反应活性P2,示范的可行性的干预措施来操纵DNA和纳米粒子的组装/拆卸过程可能打开的机会扩大应用这一策略biorecognition-based试验和生物材料工程。例如,外部壳层结构的二硫半个P2提供结合位点对不同类型的纳米粒子的大小和功能。二硫键的乳沟可以引入自由巯基配体固定在不同的纳米粒子或基质。裁剪的功能性质的R-ligand可能作为探针在微调界面反应。根据R组的身份或反应,DNA-anchored纳米粒子的表面化学可以满足特定的技术应用。这些和其他相关的可能性,如酶分解和DNA连接酶重组的是我们正在进行的深入调查的主题。更详细的量化工作的依赖性反应所涉及的dna的浓度和优化将会在不久的将来。