一种利用DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法 【技术领域】
本发明涉及一种纳米材料技术领域，特别是涉及一种基于大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法。
背景技术
具有白钨矿结构(正方晶系)的BaWO4晶体是一种很有发展前景的拉曼激光晶体，具有有趣的光致发光、热致发光和受激拉曼散射(SRS)等特性，在光电、医学和光谱学等领域中具有重要的应用价值。1999年，俄罗斯的Basiev等人测量了钨酸盐和其它种类晶体的拉曼光谱后发现，BaWO4晶体的拉曼光谱具有较大的拉曼散射截面和拉曼散射强度，所以BaWO4晶体无论在纳秒脉冲或皮秒脉冲激光作用下都具有较大的拉曼增益，指出BaWO4晶体是一种很有发展前景的拉曼晶体。BaWO4作为一种优良的拉曼晶体，具有较宽的透过波段，较高的拉曼谱线的积分强度和峰值强度，这种晶体不潮解，热机械性能好。BaWO4晶体的这些特点使其在拉曼激光器的应用中具有较强的竞争优势，成为近年来国内外研究的热点。
由于纳米材料的性能不但与粒子的大小有关，还和其形貌密切相关。因此，探索新的制备方法，合成具有不同形貌的BaWO4纳米材料具有重要的理论意义和潜在的应用价值。目前，制备BaWO4纳米材料的方法主要有固相法和液相法：固相法包括球磨法，固相反应法等，液相法包括聚合物配合法和反胶束微乳液法等。Qian研究小组(J.Cryst.Growth.2002，235，283-286)用水热合成法在不同的表面活性剂(C17H33COOK、C19H39COOK和C25H51COOK)存在下分别得到了橄榄状、片状和晶须状BaWO4纳米粒子。这种方法的缺点是需要较高的温度以及复杂的设备，并且反应工艺复杂。Qi等(J.Am.Chem.Soc.2003，125，3450-3451)用十一酸、癸胺和聚乙二醇-聚甲基丙烯酸嵌段共聚物混合体系制得了羽毛状BaWO4等纳米结构。这种方法的缺点是反应工艺复杂，成本高，这在一定程度上妨碍了BaWO4的应用。
【发明内容】
针对现有制备纳米BaWO4工艺存在的上述不足，本发明提供一种利用大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法，该方法利用DNA变性的重要性质，即加热处理双链DNA，使DNA变性成为单链来制备钨酸钡纳米双线阵列。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：直接以自然界存在的生物纳米结构大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列，分别将Ba(NO3)2和Na2WO4溶液加入到大肠杆菌基因组DNA溶液中，经过摇床振荡孵育一定的时间，然后将整个体系放置于一定温度下加热一定的时间，最终可以制备出以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米双线阵列。
该制备工艺主要包括如下步骤：
(1)取5～10mM的Ba(NO3)2溶液100～200μl加入到大肠杆菌基因组DNA溶液中，混合均匀，然后在4～6℃，80～90转/分摇床振荡孵育48～72h。
(2)向上述溶液中加入5～10mM的Na2WO4溶液100～200μl，混匀后，于4～6℃，80～90转/分摇床振荡孵育48～72h。
(3)然后将上述混合溶液放置于80～85℃的恒温金属浴中加热6～8h，可以得到以大肠杆菌基因组DNA为模板的钨酸钡纳米双线阵列。
以大肠杆菌基因组DNA为模板制备钨酸钡纳米双线阵列的方法在上述步骤(1)中所用的大肠杆菌基因组DNA溶液为100～200μl，其浓度为1.03～2.10μg/μl，光密度(OD)值为1.78～1.81，用前反复混匀，使DNA完全分散于去离子水中。
本发明的有益效果是：该方法的显著特征是直接以自然界存在的生物纳米结构大肠杆菌基因组DNA为模板，并且利用DNA变性的重要性质，即加热处理双链DNA，使DNA变性成为单链，来制备钨酸钡纳米双线阵列，工艺简单，成本低，反应能够在低温常压下进行，避免了常规合成方法的复杂工艺。合成的钨酸钡形貌为纳米双线阵列，形貌规则，大小均匀，为钨酸钡纳米双线阵列等新型纳米材料的制备提供了一个切实可行的发展思路。同时，钨酸钡纳米双线阵列所显示出的优良的受激拉曼特性，也为今后开展钨酸钡纳米材料的应用研究打下了良好的基础。
【附图说明】
图1是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；
图2是实施例2制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；
图3是实施例3制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片；
图4是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的EDS图谱；
图5是实施例1制备地钨酸钡纳米双线阵列的XRD图谱；
图6是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的受激拉曼图谱。
【具体实施方式】
实施例1
将100μl浓度为1.03μg/μL，光密度(OD)值为1.78的大肠杆菌基因组DNA溶液充分混匀，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入5mM的Ba(NO3)2溶液100μl，充分混匀后，于4℃，80转/分摇床上震荡孵育48h。向上述混合溶液中加入5mM的Na2WO4溶液100μl，混合均匀。于4℃，80转/分摇床上震荡孵育48h。最后将上述混合溶液放置于80℃恒温金属浴中加热8h。
实施例2
将100μl浓度为2.10μg/μL，光密度(OD)值为1.81的大肠杆菌基因组DNA溶液充分混匀，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入10mM的Ba(NO3)2溶液100μl，充分混匀后，于5℃，85转/分摇床上震荡孵育60h。向上述混合溶液中加入10mM的Na2WO4溶液100μl，混合均匀。于5℃，85转/分摇床上震荡孵育60h。最后将上述混合溶液放置于80℃恒温金属浴中加热7h。
实施例3
将200μl浓度为1.60μg/μL，光密度(OD)值为1.79的大肠杆菌基因组DNA溶液充分混匀，使DNA完全分散于去离子水中。然后向上述大肠杆菌基因组DNA溶液中加入5mM的Ba(NO3)2溶液200μl，充分混匀后，于6℃，90转/分摇床上震荡孵育72h。向上述混合溶液中加入5mM的Na2WO4溶液200μl，混合均匀。于6℃，90转/分摇床上震荡孵育72h。最后将上述混合溶液放置于85℃恒温金属浴中加热6h。
图1是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以看出，制备出的钨酸钡是良好的纳米双线阵列形貌，由于该样品没有经过负染而是直接在透射电子显微镜下检测，故可以证明钨酸钡纳米粒子与DNA链很好的结合，并且显示出了外缘黑，中间透明的双线阵列。制得的钨酸钡纳米双线阵列的外径宽约12～19nm，内径约6～10nm。显示出该制备方法合成的钨酸钡纳米双线阵列形貌较规则，大小较均匀，可以实现可控生长。
图2是实施例2制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以看出，由于钨酸钡浓度的增加，同核生长的速度要大于异核生长的速度，所以钨酸钡粒子在DNA链上的沉积不是非常均匀，但依旧可以生成纳米双线阵列。因此，可以通过控制反应物的浓度来制备形貌规则的钨酸钡纳米双线阵列。
图3是实施例3制备的钨酸钡纳米双线阵列的透射电镜照片，从图中可以明显看出钨酸钡纳米双线阵列形貌。由于温度的相应升高，使得DNA双链解开的宽度较宽，故制得的钨酸钡纳米双线阵列的外径较宽，但制得的钨酸钡纳米双线阵列依旧形貌较规则。因此，可以通过控制加热温度来制得一定宽度的钨酸钡纳米双线阵列，使得利用大肠杆菌基因组DNA分子作为合成钨酸钡纳米双线阵列的模板构筑纳米器件成为可能。
图4是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的EDS图谱。从图谱中可以看到，我们制备得到的钨酸钡纳米双线阵列由W、Ba和O元素组成，图中C和Cu峰是由于用铜网做基底所致，P峰来自DNA，Na峰来自Na2WO4，故无其它杂质成分，由此可知，样品是纯度很高的钨酸钡。
图5是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的XRD图谱。将XRD图谱与标准卡片对照得知，我们制得的钨酸钡为四方白钨矿结构，计算出的晶胞参数为a＝5.562c＝12.701在2θ＝21.3°处的峰来自DNA，没有杂质峰存在。因此，该方法制备的钨酸钡晶体结晶良好，纯度较高。
图6是实施例1制备的钨酸钡纳米双线阵列的受激拉曼图谱。从所测结果看，以大肠杆菌基因组DNA为模板制备的钨酸钡纳米双线阵列为四方结构。925、831、795和333cm-1处的峰值取决于不同的震动模式，分别对应于υ1(Ag)、υ3(Bg)、υ3(Eg)和υ2(Bg)。在924cm-1处强度最高，表明产物的SRS增益系数较高。在1122cm-1处的峰值来源于DNA.。拉曼图谱进一步证明以大肠杆菌基因组DNA为模板制备的钨酸钡纳米双线阵列具有良好的受激拉曼性能，有望在光，电和催化活性的纳米器件领域中具有更为广泛的实用价值。