DNA纳米复合材料的制备及性能研究

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脱氧核糖核酸(DNA)是绝大多数生物的基本遗传物质。自从Waston和Crick提出双螺旋结构模型以来,DNA分子的生化性质、结构和形态得到了充分的研究。近年来,随着纳米技术的迅速发展和各种功能性纳米材料被相继合成,人们将目光集中到某些纳米尺度上具有有序结构和排列的生物分子上,期待以其作为模板合成结构或功能类似于生物模板的系列仿生材料,从而获得特殊的功能。DNA分子具有热力学上的稳定性及机械刚性,通过组装可以形成非常规整的超级结构(如丝状、网格状、纳米棒等),因此被认为是很好的制备一维、二维纳米材料的模板。研究人员将DNA引入到纳米技术中,取得了很多的成果。本论文在前人研究的基础上,拓宽了DNA模板法制备纳米材料的范围,成功制备了不同形貌的金属纳米材料,同时对含有DNA的自组装膜进行了研究。  本论文主要研究内容如下:  1.光化学法是制备金、银纳米粒子的一种十分重要的方法,此方法非常便利,条件温和,无需除模板,除杂等后处理步骤,有利于环保。本文首先利用一种非常简单的方法制备了金、银纳米颗粒。选择Tris-EDTA(TE)作为光敏剂,利用紫外光照射HAuCl4或AgNO3与TE的混合溶液,最终制备了类球状的金、银纳米颗粒。透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis光谱)、动态激光光散射(DLS)、X-射线光电子能谱(XPS)及X-射线衍射(XRD)分析表明:TE为稳定剂及光敏剂,调节光照时间可以控制所得的纳米颗粒尺寸。将实验中制备的纳米银用于杀菌性能测试,发现在30分钟以内对细菌的杀灭率达95%以上。此方法因具有简单易行及不需另外添加还原剂等特点而具有很好的工业应用前景。然后将紫外光照射法引入到 DNA纳米技术中,通过紫外光照DNA/TE/AgNO3的混合体系,制备了以DNA为模板的银纳米线。测试结果表明:缓冲溶液的主要成分Tris-EDTA作为光敏剂,诱导AgNO3发生光解,制备了以DNA为模板的银纳米线,且随着光照时间的增长,纳米线的直径逐渐增大,银离子与碱基的物质的量之比对产物的形貌和尺寸都有较大的影响。  2.将 DNA模板法与水热法结合,在不需外加还原剂的作用下,制备了项链状和片状两种形貌的纳米银,其中项链状纳米银是由DNA将许多球形纳米银颗粒串联形成的。纳米银的形貌实现了从纳米项链到纳米线的转变。分别用TEM,UV-vis,XRD,XPS及琼脂糖凝胶电泳等测试方法对不同条件下制备的产物进行了表征,结果表明水热体系提供的高温高压,激活缓冲溶液TE的还原性,同时使DNA发生变性或降解实现了纳米银从项链状到片状的转变。我们还对银纳米项链到纳米片转变的机理进行了探讨。此方法为制备不同形貌的纳米材料提供了一种新的方法。  3.基因疗法是指将正常基因植入靶细胞代替病人细胞中的发生病变的基因,帮助靶细胞恢复生理机能的一种医疗技术。目前这是治愈很多疾病非常有效的方法。在此过程中的一个难点就是遗传物质的传递与释放。目前研究人员以人工合成的高分子与DNA制备成自组装膜,研究DNA的释放性能。本文采用带正电的蛋白质(以牛血清白蛋白BSA和牛血红蛋白BHb为例)与DNA成膜,制备了蛋白/DNA多层膜,并对其DNA释放性能进行了研究。首先通过控制体系的pH值,使其分别低于BSA、BHb的等电点,利用自组装技术制备了(BSA/DNA)n,(BHb/DNA)n多层膜。FT-IR,XPS分析表明成功地实现了(BSA/DNA)n及(BHb/DNA)n的组装,紫外-可见及荧光光谱则说明蛋白及DNA被均匀地组装到膜中。进一步的研究表明,在pH高于所用蛋白等电点的模拟液及模拟胃液中,得到的膜被降解,DNA被缓慢释放出来。此法可以将所有蛋白与任意DNA组装成膜,由于释放出来的物质是生物分子,所以此法制备的膜具有很好的生物兼容性,可以有效得实现对基因药物的传递及缓释。
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