DNA修饰纳米金溶胶的稳定性

　第57卷　第4期 化 工 学 报 Vol 157　No 14

　2006年4月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China ) April 2006

研究论文

DNA 修饰纳米金溶胶的稳定性

杨　薇,李　

韦华,张金利(天津大学化工学院,天津300072)

摘要:纳米金在分子生物学、生物传感器等领域具有广阔的应用前景.针对纳米金在电解质溶液中易形成不可

逆聚集的问题,通过紫外光谱、TEM 、Zeta 电位测试等表征,研究了DNA 分子修饰对纳米金溶胶稳定性的影响.结果表明,所制备的纳米金粒子的初始Zeta 电位与粒径有关,平均粒径为13nm 的金粒子对应-4414mV 的电位;当加入钠离子缓冲液后,纳米金粒子迅速聚集沉积.紫外光谱的动力学特性曲线表明,经过与巯基相连的DNA 修饰后,纳米金粒子能够在钠离子缓冲液中稳定存在.关键词:纳米金;DNA 修饰;胶体;粒子团聚中图分类号:TB 383;Q 523文献标识码:A 文章编号:0438-1157(2006)04-0970-05

Stabilit y of gold nanoparticles modified wit h DNA

YAN G Wei ,L I Wei ,ZHAN G Jinli

(S chool of Chemical Engineering and Technology ,Tianj in Universit y ,Ti anj in 300072,China )

Abst ract :G old nanoparticles show promising applications in t he field of molecular biology and R &D of biological sensors.Aiming at overcoming t he irreversible aggregation of nano 2gold in electrolyte solutions ,t his work investigated t he effect of DNA modification on nano 2gold stability in t he presence of sodium ions ,t hrough t he characterization of UV ,TEM and Zeta potential measurement s.It was indicated t hat t he Zeta potential of nano 2gold depended on t he diameter of particles.Nano 2gold particles wit h diameter of 13nm were stable at t he Zeta potential of -4414mV ,while irreversible aggregation of particles appeared quickly when a sodium buffer was added to t he solution.UV spect ra of kinetic properties for t he DNA modified nano 2gold particles reflected t he high stability of t he system wit h t he addition of sodium ions.Key words :nano 2gold ;DNA modification ;colloid ;particle aggregation

2005-07-04收到初稿,2005-10-20收到修改稿.

联系人:张金利.第一作者:杨薇(1980—

),女,硕士研究生.

基金项目:国家自然科学基金项目(20576090,20476077);教育部春晖计划资助.

引　言

纳米材料因其具有体积效应、量子效应等特性而日益受到人们的关注,在生物、化学、免疫学等领域具有广泛的应用前景.而纳米金颗粒在生物体系检测中的应用研究是近年来的一个热点课题.纳米金胶体溶液对应的特异性吸光系数值比普通有机

发色团要高出3～5个数量级,因此极低浓度的纳

Received date :2005-07-04.

Corresponding aut hor :Prof.ZHAN G Jinli.

E -mail :

zhangjinli @tju 1edu 1cn

Foundation item :supported by t he National Natural Science Foundation of China (20576090,20476077)and t he Chunhui Program.

米金(10-9mol ・L -1)即可以用肉眼直接观察[1].纳米金颗粒还可与氨基发生非共价的静电吸附,或与巯基形成强的Au 2S 共价键,从而使得胶体金能够与生物活性分子相互结合,以形成生物体系检测的探针.可见纳米金在分子生物学、生物传感器等领域具有深远的研究意义.

纳米金可以通过弱的相互作用与生物大分子结合,也可以通过化学键与生物大分子偶联,而不改变生物大分子的生物活性,目前被广泛应用于免疫组织染色的电镜观察研究,如免疫金和生物素金银染色法的定性、定位以至定量研究,均采用了“抗体2抗原2抗体2纳米金”夹心法[2].新近研究表明,金纳米颗粒也可与脱氧核糖核酸分子作用,并且利用纳米金胶体的特殊颜色和独特的生物活性,在DNA的识别与检验方面展示出极具应用价值的成果.例如,Mirkin等[3]利用纳米金与DNA片段在组装分子的引导下可形成超分子结构的特点,建立了用巯基化寡核苷酸探针来检测特定多核苷酸序列的新方法,这种方法将有力地推进DNA传感器以及DNA芯片的研制.Brown等[4]利用不同粒径的纳米金与巯基修饰的DNA结合,并与脱氧核酶(DNAzyme)协同作用,研究了一种高选择性的Pb2+检测方法.可见,利用纳米金的比色效应,可设计出理想的生物检测微传感器[528].

然而在胶体金溶液的应用过程中,还存在着纳米金溶胶稳定性受环境因素影响严重的问题,在电解质溶液中易形成不可逆聚集,从而影响其后续使用[9].基于纳米金能够与巯基形成强的Au2S共价键,本文利用与巯基相连的DNA分子对纳米金进行修饰,通过紫外光谱、TEM、Zeta电位测试等表征,研究了DNA分子修饰对纳米金溶胶稳定性的影响.

1　实验材料和方法

111　主要试剂

11111　纳米金制备试剂　柠檬酸三钠(>9910%);四氯金酸(99199%);011mol・L-1 NaCl缓冲溶液(0101mol・L-1Tris2Acetate, p H=710);其中氯化钠为分子生物级纯度;所有溶液均采用三次蒸馏的去离子水配制.

11112　巯基修饰DNA　经HPL C纯化后的巯基修饰寡核苷酸:5′2HS2(C H2)62CAC GA GT T GA2 CA23′(简记为SH2DNA)(大连宝生物工程公司).

112　纳米金溶胶的制备

金溶胶由HAuCl4经柠檬酸三钠溶液还原而成[10].一定浓度的HAuCl4加热至沸腾,在剧烈搅拌下快速加入定量的柠檬酸三钠溶液.混合物加热至沸腾,在剧烈搅拌下快速加入定量的柠檬酸三

钠溶液.015h后移去热源逐渐冷却,使用0145μm的滤膜过滤后避光保存.实验中采用了两种典型的HAuCl4与柠檬酸三钠的摩尔配比1∶3188和1∶31348.

113　DNA对金纳米粒子的修饰

将SH2DNA与纳米金粒子混合,使SH2DNA 的最终浓度为3×10-6mol・L-1,纳米金浓度约为819×10-9mol・L-1,室温下放置16h后,逐渐向溶液中滴加011mol・L-1NaCl缓冲液(p H= 710)并置于摇床中,大约48h后Na+达到约0105 mol・L-1,所得溶液体系可稳定存在.

114　纳米粒子表征方法

利用Tecnai G2F20场发射透射电子显微镜(TEM)(Philip s公司)对纳米金的粒径进行表征.

采用紫外2可见光光谱(Varian Cary UV300型,美国Varian公司)对纳米金溶液进行200～600nm波长范围的扫描,表征样品对应的特征吸收峰.金纳米粒子对应的消光系数ε520值取为217×108 L・mol-1・cm-1[11],根据朗伯2比尔定律以及溶胶在520nm处的吸光度,可以计算出金溶胶的浓度.

使用Zeta电位粒度仪(Zetasizer3000HS型,英国Malvern公司)表征金溶胶的Zeta电位. Zeta电位的数值能够指示出胶体体系的稳定性,如果纳米粒子具有较高绝对值的正或负Zeta电位,则彼此之间的排斥力可以使其稳定地存在于溶液中.

2　实验结果与讨论

211　纳米金溶液的表征

通过透射电镜对制得的纳米金溶胶进行表征的结果如图1所示,可见,纳米粒子粒径分布均匀,图1(a)中的粒子平均粒径为13nm,溶液呈现酒红色,其对应的制备条件是HAuCl4与柠檬酸三钠的摩尔比为1∶3188;图1(b)的平均粒径为24nm,溶液呈现深红色,制备条件是HAuCl4与柠檬酸三钠的摩尔比为1∶31348.

图2是对上述金胶体溶液的紫外光谱图,由图可见,在523nm左右有很强的吸收峰,且随纳米粒子粒径的减少,峰强度增大.另外,尽管溶液中不存在DNA序列,纳米金溶液在260nm处也有一定的紫外吸收.这表明对于DNA分子与纳米金粒子共存的溶液,不能单纯通过260nm处紫外特

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