專利名稱：電位控制dna在電極表面的自組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于DNA納米器件的制備方法，屬于用化學(xué)自組裝方法制造納米器件的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
DNA分子的特性決定了它可能是制造納米器件的理想材料。近來的研究表明，DNA分子本身具有導(dǎo)電性，其雙螺旋的直徑約為2nm，DNA分子中的磷脂鍵可以作為庫侖阻塞區(qū)的隧道結(jié)，H-鍵具有電容特性，以此作為納米技術(shù)與納米結(jié)構(gòu)制作的模板可以直接生長納米晶體和金屬導(dǎo)線，DNA可以制成有序的靜態(tài)分布的器件、連接導(dǎo)線和多面體等。DNA納米器件除能夠?qū)崿F(xiàn)更高的響應(yīng)速度和更低的功耗外，還能使器件的體積大大縮小，使電路大為簡化，因此有可能成為新型的集成電路制造技術(shù)。但要制備基于DNA納米器件的前提是能夠?qū)崿F(xiàn)DNA的可控制性組裝。通過系統(tǒng)研究DNA的組裝過程，將為基于DNA的納米電路的制造和器件加工提供一定的方法指導(dǎo)，DNA納米器件的制備方法可望用于新型納米電子學(xué)器件或電路的制造。將成為未來電子學(xué)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，具有很大的科學(xué)和技術(shù)意義。
在特定納米結(jié)構(gòu)的DNA組裝方面，Nadrian C.Seenan在1995年因用DNA合成了立方體和更復(fù)雜的多面體而獲得納米技術(shù)方面的“費曼獎”，并進(jìn)而在1999年用特殊結(jié)構(gòu)的DNA首次制備出了分子開關(guān)器件[5]，但其分子開關(guān)功能是在液相體系中完成的，很難進(jìn)入實際應(yīng)用領(lǐng)域。目前，固相表面上DNA組裝是制備納米器件的關(guān)鍵步驟之一。組裝方法主要有控制電位物理吸附法在碳糊電極上組裝DNA、將巰基修飾后的DNA通過自組裝方法直接固定在金表面[9-10]和用N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亞胺鹽酸鹽(EDC)活化氨基或羥基后用含有氨基、羥基或羧基的硫醇形成自組裝單分子層(SAM)使DNA在金表面的共價組裝。
以上自組裝方法中，控制電勢吸附的方法只在碳糊電極上組裝，碳糊電極不能用于制造DNA納米器件，第二種方法巰基修飾工藝復(fù)雜，價格昂貴，這種巰基修飾的單鏈DNA的雜交反應(yīng)取決于DNA在表面的覆蓋面積，而覆蓋面積受溶液體系的影響，很難控制組裝的條件。第三種方法可克服前兩種方法的缺點，但不能在金電極表面選擇性組裝地組裝DNA。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用電位控制的方法，在修飾了能與DNA共價鍵合的單分子層修飾電極表面，實現(xiàn)DNA的選擇性可控制自組裝的目的的電位控制DNA在電極表面的自組裝方法。
本發(fā)明的自組裝方法為①對需要組裝的電極進(jìn)行清潔預(yù)處理；②將預(yù)處理后的電極侵入“prianha”溶液或熱稀硝酸中5～15分鐘，經(jīng)清洗后浸入無水乙醇中備用；③將處理好的電極浸入含有組裝分子的溶液中，溶液濃度為1mM，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修飾了單分子層的電極；④將上述電極浸入活化液中活化15-30分鐘；⑤以活化的電極為工作電極，讓其在電壓作用下，組裝30-60分鐘，得到電位控制的DNA共價修飾電極。電極的材料包括金、銀、銅、石墨電極、摻雜硅片等其中任一種具有導(dǎo)電性的電極。在控制電位DNA各部分不被氧化或還原的電位范圍為-0.9V～+1.1V。單分子層包括含有帶有氨基或羧基或羥基的硫醇或硅烷、生物素或親和素。對于帶有能直接與電極鍵合的DNA，可以不需要單分子層。清潔預(yù)處理的方法為先用石英砂和金相砂紙打磨，然后在雞皮上拋光處理，再用二次水無水乙醇超聲清洗兩次，每次2-8分鐘。電極在含有組裝分子的溶液中浸泡的時間為10～16小時。對含有氨基或羥基的單分子層可用碳化亞胺類物質(zhì)活化。
本發(fā)明的優(yōu)點在于通過電位控制即能達(dá)到選擇性自組裝的目的，控制電位的大小就能控制在DNA電極上組裝的數(shù)量(包括DNA在電極上不組裝)，該方法簡單，效果好，將在基于DNA的納米器件方面得到廣泛的應(yīng)用。
具體實施例方式
電位控制組裝的步驟1.電極的預(yù)處理 先用石英砂和金相砂紙打磨，然后在雞皮上拋光處理后，用二次水超聲清洗兩次，每次2～8分鐘。采用循環(huán)伏安掃描，檢測電極是否達(dá)到處理的要求，要求其氧化還原峰電位差ΔEp＜75mv。
2.電極的處理 將預(yù)處理好的電極浸入新配制的Piranha溶液(濃硫酸∶雙氧水＝7∶3V V)或熱的稀硝酸中(濃度～30％)5～15min；再分別用二次水、無水乙醇各超聲清洗兩次，每次2～5分鐘；處理后浸入無水乙醇中備用。
3.電極上單分子層的自組裝 將處理好的電極浸入用氮氣除氧的含有組裝分子的溶液中，濃度約為1mM，浸泡10～16小時后取出，再在乙醇中浸泡4小時，除去物理吸附的分子，得到修飾了單分子層的電極。
4.電位控制DNA共價共價組裝電極的制備 將組裝了單分子層的電極浸入活化液中活化15～30分鐘；對含有氨基或羥基的單分子層可用碳化亞胺類物質(zhì)活化。配制活化液的緩沖液中不能含有被活化的基團(tuán)，以不影響活化效率。
5.以活化的電極為工作電極，讓其在某控制電位下，組裝一定的時間(30～60min)，取出后用緩沖液沖洗，得到電位控制的DNA共價修飾電極。
實施例DNA在金電極上的自組裝，采用氨基乙硫醇在金電極上自組裝得到自組裝單分子層(SAM)，再利用水溶性1-乙基-3(3-二甲氨丙基)-碳化二亞胺(EDC)活化SAM，用電位控制的方法共價鍵合制備了DNA修飾電極?？刂齐娢环秶鸀?0.2～+0.2V，結(jié)果表明，用電位控制的方法，得到了DNA修飾電極，DNA是共價組裝到了電極表面；而且不同的電位控制條件下，DNA的自組裝存在著一定的規(guī)律。負(fù)電位對DNA的自組裝產(chǎn)生了抑制作用，而正電位對DNA的自組裝起到了促進(jìn)作用。
權(quán)利要求
1.一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于自組裝的方法為①對需要組裝的電極進(jìn)行清潔預(yù)處理；②將預(yù)處理后的電極侵入“prianha”溶液或熱稀硝酸中5～15分鐘，經(jīng)清洗后浸入無水乙醇中備用；③將處理好的電極浸入含有組裝分子的溶液中，溶液濃度為1mM，浸泡后再在乙醇中浸泡，得到修飾了單分子層的電極；④將上述電極浸入活化液中活化15-30分鐘；⑤以活化的電極為工作電極，讓其在電位作用下，組裝30-60分鐘，得到電位控制的DNA共價修飾電極。
2根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于電極的材料包括金、銀、銅、石墨電極、摻雜硅片等其中任一種具有導(dǎo)電性的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于在DNA各部分不被氧化或還原的電位范圍為-0.9V～+1.1V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于單分子層包括含有氨基或羧基或羥基的硫醇或硅烷、生物素或親和素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于清潔預(yù)處理的方法為先用石英砂和金相砂紙打磨，然后在雞皮上拋光處理，再用二次水超聲清洗兩次，每次2-8分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于清洗的方法是分別用二次水、無水乙醇各超聲清洗二次，每次2-5分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于電極在含有組裝分子的溶液中浸泡的時間為10～16小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電位控制DNA在電極表面的自組裝方法，其特征在于對含有氨基或羥基的單分子層可用碳化亞胺類物質(zhì)活化。
全文摘要
電位控制DNA在電極表面的自組裝方法是一種基于DNA納米器件的制備方法,屬于用化學(xué)自組裝方法制造納米器件的技術(shù)領(lǐng)域。其自組裝的方法為:①對需要組裝的電極進(jìn)行清潔預(yù)處理;②將預(yù)處理后的電極侵入“prianha’溶液或熱稀硝酸中5～15分鐘,經(jīng)清洗后浸入無水乙醇中備用;③將處理好的電極浸入含有組裝分子的溶液中,溶液濃度為1mM,浸泡后再在乙醇中浸泡,得到修飾了單分子層的電極;④將上述電極浸人活化液中活化15－30分鐘;⑤以活化的電極為工作電極,讓其在電位作用下,組裝30－60分鐘,得到電位控制的DNA共價修飾電極。
文檔編號H01L21/00GK1341547SQ0112707
公開日2002年3月27日 申請日期2001年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月7日
發(fā)明者顧寧, 葛存旺, 譚逸斌, 張海黔 申請人:東南大學(xué)