专利摘要

本发明提供了一种基于DNA纳米结构的金属图案及其制备方法和应用，所述方法包括：制备硫化修饰的DNA纳米结构，在硫化修饰位点进行金属的原位生长。本发明的方法利用DNA纳米结构的纳米级可寻址性和结构多样性，在DNA纳米结构上进行硫化修饰，引入含硫基团，基于金属与含硫基团的强亲和性，实现了多种金属在DNA纳米结构上的精确定向原位生长，形成了零维、一维、二维和三维的具有高分辨率的金属图案，在纳米电子器件和纳米光电子器件中具有广泛应用，方法实用性强，应用范围广，反应条件温和，操作简单快速，重复性好，产率高达100％。

权利要求

1.一种基于磷硫酰化修饰的DNA纳米结构制备纳米电子器件和/或纳米光电子器件中的金属图案的方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)人工合成30-45个碱基的DNA序列，其中，所述DNA序列包括指定位点的磷硫酰化DNA序列；

(2)将步骤(1)所述DNA序列相互杂交，形成磷硫酰化的修饰DNA纳米结构；

(3)向步骤(2)所述磷硫酰化修饰的DNA纳米结构中加入金属盐溶液，再加入金属还原剂，得到所述纳米电子器件和/或纳米光电子器件中的金属图案；

所述DNA纳米结构包括一维DNA纳米结构，所述一维DNA纳米结构由DNA序列杂交形成；

所述DNA序列包括如SEQ ID NO.1～6所示的核酸序列；

SEQ ID NO.1：

G*G*C*G*A*T*T*A*G*G*A*C*G*C*T*A*A*G*C*C*A*C*C*T*T*T*A*G*A*T*C*C*T*G*T*A*T*C*T*G*G*T*；

SEQ ID NO.2：

G*G*A*T*C*T*A*A*A*G*G*A*C*C*A*G*A*T*A*C*A*C*C*A*C*T*C*T*T*C*C*T*G*A*C*A*T*C*T*T*G*T*；

SEQ ID NO.3：

G*G*A*A*G*A*G*T*G*G*A*C*A*A*G*A*T*G*T*C*A*C*C*G*T*G*A*G*A*A*C*C*T*G*C*A*A*T*G*C*G*T*；

SEQ ID NO.4：

G*G*T*T*C*T*C*A*C*G*G*A*C*G*C*A*T*T*G*C*A*C*C*G*C*A*C*G*A*C*C*T*G*T*T*C*G*A*C*A*G*T*；

SEQ ID NO.5：

G*G*T*C*G*T*G*C*G*G*A*C*T*G*T*C*G*A*A*C*A*C*C*A*A*C*G*A*T*G*C*C*T*G*A*T*A*G*A*A*G*T*；

SEQ ID NO.6：

G*G*C*A*T*C*G*T*T*G*G*A*C*T*T*C*T*A*T*C*A*C*C*T*A*A*T*C*G*C*C*T*G*G*C*T*T*A*G*C*G*T*；

*代表相应核苷酸的磷硫酰化修饰。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属包括钯、铁、金、银、钴或镍中的任意一种或至少两种的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属盐包括金属的卤化盐、硫酸盐、硝酸盐或乙酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属还原剂包括硼氢化盐、硼烷、硼烷络合物、抗坏血酸、肼及衍生物、羟胺及衍生物、次磷酸盐、甲酸盐或连二亚硫酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述金属还原剂为硼氢化盐和/或硼烷络合物。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属还原剂为硼氢化钠和/或二甲基胺硼烷。

7.一种纳米电子器件，其特征在于，所述纳米电子器件由如权利要求1-6任一项所述方法制备得到。

8.一种纳米光电子器件，其特征在于，所述纳米光电子器件由如权利要求1-6任一项所述方法制备得到。

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种基于DNA纳米结构的金属图案及其制备方法和应用。

背景技术

合成或生长位置精确、分辨率高的无机纳米结构是纳米技术的重要目标，在纳米光子学(nanophotonics)和纳米电子学(nanoelectronics)领域具有重要意义。

目前，构建纳米电路和纳米器件主要采用纳米刻蚀法，但该方法费用较高、耗时较长、精度不佳，具有一定的应用局限性。DNA纳米技术能够在纳米水平控制纳米颗粒的定位，调控纳米颗粒的相互作用，DNA纳米结构可塑性强，可以设计成各种一维、二维和三维结构，具有纳米级可寻址性，可以作为定位合成金属纳米颗粒的模板。

利用DNA纳米结构控制金属颗粒的生长位点，目前主要采用以下两种方法：(1)利用DNA的磷酸基团静电吸附金属离子，还原得到相应的金属纳米粒子(AdvancedMaterials,2000,12(7):507-510；Applied Physics Letters,2001,78(4):536-538)，该方法操作简便，然而磷酸基团遍布DNA骨架，缺乏寻址性，无法精确定位或构建预先设计的金属纳米结构；(2)将金属纳米粒子表面进行DNA功能化，通过DNA杂交将金属纳米粒子固定在DNA纳米结构上(Nature Chemistry,2016,8(9):867-873；Nature Nanotechnology,2013,8(11):865-872；Nano Letters,2013,13(5):2128-2133)，然而该方法操作复杂，耗时较长，产率较低，仅适用于个别金属纳米粒子，无法实现多种不同金属纳米粒子的功能化。

CN 107055465 A公开了一种基于DNA纳米结构的金属纳米电路图案的制备方法，所述方法以固定在表面的DNA折纸结构为模板，通过引入人为缺陷，对该引入人为缺陷的模板进行选择性金属化，构建出一种基于DNA纳米结构的金属纳米电路图案，所述方法为实现以“自下而上”的自组装手段构建纳米电路、突破传统光刻技术极限提供了一种新的思路及技术支撑，然而该方法引入的人为缺陷需要大于30个碱基，否则就没有金属化效果，并且该方法需要将DNA纳米结构首先固定于基底表面再进行后续的选择性金属化，无法实现溶液中直接构筑金属图案，限制了其在某些方面的应用。

因此，在纳米微电子领域，需要一种新的构建金属图案的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于DNA纳米结构的金属图案及其制备方法和应用，所述方法利用DNA纳米结构可精确定位的特点，选择性定位金属的原位生长位点，反应条件温和、方法简单快速、重复性好、产率高，制备得到一维、二维和三维金属图案，在纳米光子学和纳米电子学领域具有广阔的应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于DNA纳米结构制备金属图案的方法，所述方法包括：制备硫化修饰的DNA纳米结构，在硫化修饰位点进行金属的原位生长。

本发明中，利用DNA纳米结构的多样性及纳米级可寻址性，在DNA纳米结构上进行硫化修饰，引入含硫基团，基于金属与含硫基团的强亲和性，实现了多种金属在DNA纳米结构上的精确定向原位生长，形成了金属图案，方法实用性强，应用范围广。

优选地，所述硫化修饰包括磷硫酰化修饰和/或巯基修饰。

本发明中，磷硫酰化修饰是指将核苷酸磷酸二酯键中的P-O键替换为P-S的化学修饰，巯基修饰是指采用巯基取代DNA链3’端或5’端脱氧核糖的羟基，本发明通过磷硫酰化修饰和/或巯基修饰，成功向DNA纳米结构中引入了含硫基团。

优选地，所述巯基修饰包括单巯基修饰、双巯基修饰、硫醇修饰、硫酚修饰或硫代羧酸修饰中的任意一种或至少两种的组合。

本发明并不局限于上述巯基修饰，任何巯基或巯基衍生物均可作为修饰基团进行DNA纳米结构的硫化修饰。

优选地，所述DNA纳米结构包括一维DNA纳米结构、二维DNA纳米结构或三维DNA纳米结构中的任意一种或至少两种的组合。

DNA纳米结构具有结构多样性，可以形成任意图案，例如可以是一维DNA纳米线、二维DNA纳米三角形、二维DNA纳米矩形、二维DNA纳米环、三维DNA纳米球、三维DNA纳米柱或三维DNA纳米锥，本发明并不局限于上述DNA纳米结构，本领域技术人员可根据需要选择任意形状的DNA纳米结构。

优选地，所述一维DNA纳米结构由人工合成的DNA序列杂交形成。

本发明中，一维DNA纳米结构由4-8条人工合成的具有部分互补碱基的DNA序列杂交形成，所述DNA序列可以为磷硫酰化修饰DNA序列，也可以为带有延伸链的DNA序列。

优选地，所述二维DNA纳米结构和/或三维DNA纳米结构由人工合成的DNA序列与脚手架链杂交形成。

本发明中，人工合成的DNA序列作为订书钉链，与脚手架链杂交，形成二维DNA纳米结构和三维DNA纳米结构，所述DNA序列可以为磷硫酰化修饰DNA序列，也可以为带有延伸链的DNA序列。

优选地，所述脚手架链包括M13噬菌体基因组DNA和/或λ噬菌体基因组DNA。

优选地，所述人工合成的DNA序列的碱基数为20-50个，优选为30-45个。

本发明中，人工合成的DNA序列依据不同的DNA纳米结构具有不同的序列，主要参考Peng Yin的方法(Nature,2012,485,623-626)和Paul Rothemund的方法(Nature,2006,440,297-302)进行设计，本发明不对DNA序列进行限定，本领域技术人员可根据需要设计不同的DNA序列。

优选地，所述磷硫酰化修饰的DNA纳米结构的制备方法包括：

人工合成DNA序列，将所述DNA序列相互杂交和/或与脚手架链杂交，得到磷硫酰化修饰的DNA纳米结构；

其中，所述DNA序列包括指定位点的磷硫酰化DNA序列。

优选地，所述巯基修饰的DNA纳米结构的制备方法包括：

(1)采用包含延伸链的DNA序列相互杂交和/或与脚手架链杂交，构建DNA纳米结构；

(2)将DNA纳米结构与指定位点延伸链互补的巯基DNA序列杂交，得到巯基修饰的DNA纳米结构。

优选地，所述DNA纳米结构与所述巯基DNA序列的摩尔比为1:(2-15)，例如可以是1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15，优选为1:(5-10)。

优选地，所述巯基DNA序列的3’端或5’端修饰有巯基。

优选地，所述巯基DNA序列采用巯基还原剂进行还原。

优选地，所述巯基还原剂包括三(2-羧乙基)膦(TCEP)、2-巯基乙醇或和二硫苏糖醇(DTT)中的任意一种或至少两种的组合，优选为三(2-羧乙基)膦。

本发明并不局限于上述巯基还原剂，只要具有将含硫键还原为巯基功能的巯基还原剂均可使用。

优选地，所述还原的时间为3-15h，例如可以是3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h或15h，优选为4-12h。

优选地，所述在修饰位点进行金属的原位生长具体包括：向DNA纳米结构中加入金属盐溶液，再加入金属还原剂，得到所述金属图案。

优选地，所述金属包括钯、铁、金、银、钴或镍中的任意一种或至少两种的组合。

本发明的金属盐为包含上述金属的化合物，例如可以为卤化盐、硫酸盐、硝酸盐或乙酸盐中的任意一种或至少两种的组合，但不局限于此，只要具有相应元素的化合物均可使用。

优选地，所述金属盐包括金属的卤化盐、硫酸盐、硝酸盐或乙酸盐中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述金属还原剂包括硼氢化盐、硼烷、硼烷络合物、抗坏血酸、肼及衍生物、羟胺及衍生物、次磷酸盐、甲酸盐或连二亚硫酸盐中的任意一种或至少两种的组合，优选为硼氢化盐和/或硼烷络合物，进一步优选为硼氢化钠(NaBH4)和/或二甲基胺硼烷(DMAB)。

本发明并不局限于上述金属还原剂，只要具有将金属离子还原为金属单质功能的金属还原剂均可使用。

作为优选技术方案，本发明提供了一种基于DNA纳米结构制备金属图案的方法，所述方法包括：制备硫化修饰的DNA纳米结构，向形成的磷硫酰化修饰和/或巯基修饰的DNA纳米结构中加入金属盐溶液，再加入金属还原剂，得到所述金属图案。

优选地，所述基于磷硫酰化修饰DNA纳米结构制备金属图案的方法包括以下步骤：

(1)人工合成20-50个碱基的DNA序列，其中，所述DNA序列包括指定位点的磷硫酰化DNA序列；

(2)将步骤(1)所述DNA序列相互杂交和/或与脚手架链杂交，形成磷硫酰化修饰的DNA纳米结构；

(3)向步骤(2)所述磷硫酰化修饰的DNA纳米结构中加入金属盐溶液，再加入金属还原剂，得到所述金属图案。

优选地，所述基于巯基修饰DNA纳米结构制备金属图案的方法包括以下步骤：

(1’)人工合成20-50个碱基的包含延伸链的DNA序列，所述DNA序列相互杂交或与脚手架链杂交，形成DNA纳米结构；

(2’)将步骤(1’)得到的DNA纳米结构与指定位点延伸链互补的3’端或5’端修饰有巯基的DNA序列按1:(2-15)的摩尔比混合后杂交，得到巯基修饰的DNA纳米结构；

(3’)向步骤(2’)所述巯基修饰的DNA纳米结构中加入金属盐溶液，再加入金属还原剂，得到所述金属图案。

第二方面，本发明提供了一种金属图案，所述金属图案由如第一方面所述方法制备得到。

第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述金属图案在制备纳米电子器件和/或纳米光电子器件中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的方法利用DNA纳米结构的纳米级可寻址性，在DNA纳米结构上进行硫化修饰，引入含硫基团，基于金属与含硫基团的强亲和性，实现了多种金属在DNA纳米结构上的精确定向原位生长，形成了具有高分辨率的金属图案；

(2)本发明的方法利用DNA纳米结构的多样性，实现了零维、一维、二维和三维的金属纳米图案的构筑；

(3)本发明的方法实用性强，应用范围广，反应条件温和，操作简单快速，重复性好，产率高达100％；

(4)本发明制备得到的金属图案在纳米电子器件和纳米光电子器件中具有广泛应用。

附图说明

图1为钯纳米线的扫描电镜照片；

图2为L型铁纳米图案的设计示意图；

图3为L型铁纳米图案的扫描电镜照片；

图4为U型铁纳米图案的设计示意图；

图5为U型铁纳米图案的扫描电镜照片；

图6为单边生长的金属纳米图案的设计示意图；

图7为单边生长的银纳米图案的扫描电镜照片；

图8为单边生长的钴纳米图案的扫描电镜照片；

图9为单边生长的金纳米图案的扫描电镜照片。

具体实施方式

为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。

实施例1钯纳米线的制备

(1)一维DNA纳米线的制备：参考Peng Yin的方法和设计思路(Nature,2012,485,623-626)，举例合成如表1所示的6条磷硫酰化DNA短链(*代表相应核苷酸的磷硫酰化修饰)进行一维DNA纳米线的制备，将6条磷硫酰化DNA短链等比例混合，加入1×TA/Mg2+缓冲液(40mM Tris，20mM醋酸，12.5mM醋酸镁，pH 8.0)混合均匀，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温12h，得到一维DNA纳米线；

(2)钯纳米粒子的原位生长：将1μL、2mM醋酸钯(Pd(OAc)2)溶液加入50μL、5nM一维DNA纳米线溶液中，静置3h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、4℃离心3min，离心1次，加入1μL新鲜配制的1mM NaBH4溶液，钯离子被还原为钯，得到一维钯纳米线。

表1磷硫酰化DNA短链序列

图1为制备的一维钯纳米线的扫描电镜照片，可以看出，钯纳米粒子沿着一维DNA纳米线进行线性生长，形貌良好，分散性好，实现了钯纳米线的可控生长。

实施例2钯纳米线的制备

(1)一维DNA纳米线的制备：参考Peng Yin的方法和设计思路(Nature,2012,485,623-626)，举例合成如表2所示的6条DNA短链进行一维DNA纳米线的制备，将6条DNA短链的3’端延伸出15个A碱基的延伸链，将6条包含延伸链的DNA短链等比例混合，加入1×TA/Mg2+缓冲液(40mM Tris，20mM醋酸，12.5mM醋酸镁，pH 8.0)混合均匀，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温12h，得到一维DNA纳米线；

(2)纯化：将制备好的一维DNA纳米线的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4500转/分、10℃离心5min，离心2次，得到纯化的一维DNA纳米线；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为5’端修饰有巯基基团的15个T序列，互补链事先采用还原剂TCEP还原4h，将纯化的一维DNA纳米线与互补链按照1:2的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温8h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，5500转/分、4℃离心3min，离心4次，得到纯化后的一维DNA纳米线；

(4)钯纳米粒子的原位生长：将1μL、2mM醋酸钯(Pd(OAc)2)溶液加入50μL、5nM一维DNA纳米线溶液中，静置3h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、4℃离心3min，离心1次，加入1μL新鲜配制的1mM NaBH4溶液，钯离子被还原为钯，得到一维钯纳米线。

表2 DNA短链序列

实施例3L型铁纳米图案的制备

(1)二维长方形DNA纳米结构的制备：参考Paul Rothemund的方法和订书钉链设计思路(Nature,2006,440,297-302)，设计图案为如图2所示的L型，合成如表3所示的订书钉链，将其中一部分订书钉链(编号为R38-R46、R51-R59、R62-R70、R82、R83、R93、R94、R106、R107、R117、R118、R130、R131、R141、R142、R154、R155、R165、R166、R178和R179)的3’端延伸出30个A碱基的延伸链，按M13脚手架链:订书钉链或延伸链＝1:5的比例向订书钉链中加入5nM M13脚手架链，在1×TA/Mg2+缓冲液中混合，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温12h，得到二维长方形DNA纳米结构；

(2)纯化：将制备好的二维长方形DNA纳米结构的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4500转/分、10℃离心5min，离心2次，得到纯化的二维长方形DNA纳米结构；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为5’端修饰有巯基基团的30个T碱基序列，互补链事先采用还原剂TCEP还原4h，将纯化的二维长方形DNA纳米结构与互补链按照1:8的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温8h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，5500转/分、4℃离心3min，离心4次，得到纯化后的具有L型图案的DNA纳米结构；

(4)铁纳米粒子的原位生长：将3μL、10mM氯化铁(FeCl3)溶液加入到100μL、10nM纯化的具有L型图案的DNA纳米结构的溶液中，静置5h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、25℃离心10min，离心3次，去除溶液中未吸附的铁离子，加入2μL新鲜配制的5mMNaBH4溶液，铁离子被还原为铁，得到L型铁纳米图案。

表3长方形DNA纳米结构的订书钉链序列

图3为制备的L型铁纳米图案的扫描电镜照片，可以看出，铁纳米粒子在DNA纳米结构上沿着预先设计的L型生长，形成了L型铁纳米粒子图案。

根据图1和图3，本发明方法通过设计DNA纳米结构的金属生长图案，可以实现不同形貌的一维和二维金属纳米结构的生长。由于DNA纳米结构还可以形成三维结构，本方法也适用于构筑三维金属纳米结构。本方法可以精确控制铁纳米粒子的生长位点，制备出的L型铁纳米粒子图案具有纳米级分辨率，合成的产率达到100％。

实施例4U型铁纳米图案的制备

(1)二维长方形DNA纳米结构的制备：参考Paul Rothemund的方法和订书钉链设计思路(Nature,2006,440,297-302)，设计图案为如图4所示的U型，合成如表3所示的订书钉链，将其中一部分订书钉链(编号为R38-R46、R51-R59、R62-R70、R75、R76、R82、R83、R86、R87、R93、R94、R99、R100、R106、R107、R110、R111、R117、R118、R123、R124、R130、R131、R134、R135、R141、R142、R147、R148、R154、R155、R158、R159、R165、R166、R171、R172、R178和R179)的5’端延伸出20个A碱基的延伸链，按M13脚手架链:订书钉链或延伸链＝1:10的比例向订书钉链中加入10nM M13脚手架链，在1×TA/Mg2+缓冲液中混合，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温24h，得到二维长方形DNA纳米结构；

(2)纯化：将制备好的二维长方形DNA纳米结构的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4700转/分、15℃离心4min，离心1次，得到纯化的二维长方形DNA纳米结构；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为3’端修饰有巯基基团的20个T碱基序列，互补链事先采用还原剂DTT还原8h，将纯化的二维长方形DNA纳米结构与互补链按照1:5的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温24h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3800转/分、8℃离心15min，离心2次，得到纯化后的具有U型图案的DNA纳米结构；

(4)铁纳米粒子的原位生长：将2μL、8mM氯化铁(FeCl3)溶液加入到80μL、8nM纯化的具有U型图案的DNA纳米结构的溶液中，静置5h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、15℃离心8min，离心4次，去除溶液中未吸附的铁离子，加入1μL新鲜配制的5mMNaBH4溶液，铁离子被还原为铁，得到U型铁纳米图案。

图5为制备的U型铁纳米图案的扫描电镜照片，可以看出，铁纳米粒子在DNA纳米结构上沿着预先设计的U型生长，形成了U型铁纳米粒子图案。

实施例5单边生长的银纳米图案的制备

(1)二维三角形DNA纳米结构的制备：参考Paul Rothemund的方法和订书钉链设计思路(Nature,2006,440,297-302)，设计图案为如图6所示的三角形DNA纳米结构的一条边，合成如表4所示的订书钉链，将其中一部分订书钉链(编号为B01-B65)的3’端延伸出一段5’-CCTCCTTCCTCC-3’的延伸链，按M13脚手架链:订书钉链或延伸链＝1:10的比例向订书钉链中加入10nM M13脚手架链，在1×TA/Mg2+缓冲液中混合，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温4h，得到二维三角形DNA纳米结构；

(2)纯化：将制备好的二维三角形DNA纳米结构的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4500转/分、20℃离心5min，离心3次，得到纯化的二维三角形DNA纳米结构；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为5’-dSH-AAGGAGGAAGGAGG-3’，互补链事先采用还原剂2-巯基乙醇还原8h，将纯化的二维三角形DNA纳米结构与互补链按照1:10的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温24h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，5500转/分、4℃离心3min，离心2次，得到纯化后的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构；

(4)银纳米粒子的原位生长：将2μL、5mM硝酸银(AgNO3)溶液加入到100μL、5nM纯化的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构中，静置3h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、15℃离心5min，离心1次，去除溶液中未吸附的银离子，加入3μL新鲜配制的3mM NaBH4溶液，银离子被还原为银，得到单边生长的银纳米图案。

表4三角形DNA纳米结构的订书钉链序列

实施例6单边生长的钴纳米图案的制备

(1)二维三角形DNA纳米结构的制备：参考Paul Rothemund的方法和订书钉链设计思路(Nature,2006,440,297-302)，设计图案为三角形DNA纳米结构的一条边，合成如表4所示的订书钉链，将其中一部分订书钉链(编号为B01-B65)的3’端延伸出一段5’-CCTCCTTCCTCC-3’的延伸链，按M13脚手架链:订书钉链或延伸链＝1:5的比例向订书钉链中加入5nM M13脚手架链，在1×TA/Mg2+缓冲液中混合，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温12h，得到二维三角形DNA纳米结构；

(2)纯化：将制备好的二维三角形DNA纳米结构的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4700转/分、25℃离心3min，离心1次，得到纯化的二维三角形DNA纳米结构；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为5’-dSH-AAGGAGGAAGGAGG-3’，互补链事先采用还原剂2-巯基乙醇还原24h，将纯化的二维三角形DNA纳米结构与互补链按照1:5的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温8h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，4500转/分、4℃离心5min，离心1次，得到纯化后的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构；

(4)钴纳米粒子的原位生长：将2μL、5mM氯化钴(CoCl2)溶液加入到100μL、5nM纯化的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构中，静置5h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3500转/分、15℃离心5min，离心3次，去除溶液中未吸附的钴离子，加入1μL新鲜配制的5mM NaBH4溶液，钴离子被还原为钴，得到单边生长的钴纳米图案。

实施例7单边生长的金纳米图案的制备

(1)二维三角形DNA纳米结构的制备：参考Paul Rothemund的方法和订书钉链设计思路(Nature,2006,440,297-302)，设计图案为三角形DNA纳米结构的一条边，合成如表4所示的订书钉链，将其中一部分订书钉链(编号为B01-B65)的5’端延伸出一段5’-CCTCCTTCCTCC-3’的延伸链，按M13脚手架链:订书钉链或延伸链＝1:10的比例向订书钉链中加入10nM M13脚手架链，在1×TA/Mg2+缓冲液中混合，放入PCR仪从95℃缓慢降温至4℃，降温18h，得到二维三角形DNA纳米结构；

(2)纯化：将制备好的二维三角形DNA纳米结构的溶液加入100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，5000转/分、15℃离心3min，离心2次，得到纯化的二维三角形DNA纳米结构；

(3)巯基修饰：延伸链的互补链为5’-dSH-AAGGAGGAAGGAGG-3’，互补链事先采用还原剂TCEP还原4h，将纯化的二维三角形DNA纳米结构与互补链按照1:10的比例混合，在1×TA/Mg2+缓冲液中，放入PCR仪从45℃缓慢降温至25℃，循环降温12h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，5000转/分、4℃离心4min，离心3次，得到纯化后的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构；

(4)金纳米粒子的原位生长：将1μL、10mM氯金酸(HAuCl4)溶液加入到100μL、8nM纯化的一边修饰有巯基的三角形DNA纳米结构中，静置6h，过100K超滤管，在1×TA/Mg2+缓冲液中，3800转/分、20℃离心3min，离心4次，去除溶液中未吸附的金离子，加入1μL新鲜配制的5mM DMAB溶液，金离子被还原为金，得到单边生长的金纳米图案。

图7、图8和图9分别为实施例5、6和7制备的单边生长的银、钴、金纳米粒子的扫描电镜照片，可以看出，银、钴和金纳米粒子在DNA纳米结构上沿着预先设计的一条边生长，形成单边生长的银、钴和金纳米粒子图案。

综上所述，本发明的方法利用DNA纳米结构的纳米级可寻址性和结构多样性，在DNA纳米结构上进行硫化修饰，引入含硫基团，基于金属与含硫基团的强亲和性，实现了多种金属在DNA纳米结构上的精确定向原位生长，形成了零维、一维、二维和三维的具有高分辨率的金属图案，在纳米电子器件和纳米光电子器件中具有广泛应用，方法实用性强，应用范围广，反应条件温和，操作简单快速，重复性好，产率高达100％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

SEQUENCE LISTING

<110> 国家纳米科学中心

<120> 一种基于DNA纳米结构的金属图案及其制备方法和应用

<130> 20191022

<160> 446

<170> PatentIn version 3.3

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caacgcaatt tttgagagat c

一种基于DNA纳米结构的金属图案及其制备方法和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。