一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物材料和光致变色材料技术领域，主要涉及一种具备热稳定性和水不溶性的柔性核酸材料及其制备方法。


背景技术：

2.光响应型生物材料在生物化学领域有着重要的应用价值，可以在光照刺激下用作传感器、作动器、信息记忆材料和自愈合材料等功能材料使用。生物分子大多不具备光响应的特性，发展光响应型生物材料需要借助于光响应分子或材料对生物分子进行功能化修饰。其中，具备可逆光致异构化功能的有机化合物是研究光响应型生物材料中经常使用的光响应修饰分子或材料。
3.在化学和材料学领域，偶氮苯、螺吡喃和二芳基乙烯类化合物是最常用的具备可逆光致异构化功能的有机功能分子，它们在不同波长刺激下，可以通过顺式-反式异构化或开闭环反应实现构象、颜色、相态甚至电荷状态的改变。偶氮苯和螺吡喃类化合物经紫外光照射后产生的异构体不稳定，能够自发地、缓慢地转变为各自相应的稳态结构，而且加热条件能促进这一过程快速完成，导致以偶氮苯和螺吡喃为基础的光响应材料无法稳定地保持所需要的光响应性质。此外，螺吡喃类化合物还容易受到极性溶剂(比如水)的诱导，产生开环反应，使得该类材料在水环境或者潮湿环境中的应用受到限制。不同于偶氮苯和螺吡喃类化合物，二芳基乙烯类化合物只对光照刺激产生响应，对热致条件和水的刺激表现出了良好的化学结构稳定性。
4.目前，脱氧核糖核酸已经被成功发展为多种功能材料。由于脱氧核糖核酸的分子结构特点，其不具备可逆光响应的特性，将其发展成为光致变色材料需要借助于光致变色分子的结合或修饰。通过偶氮苯、螺吡喃和二芳基乙烯等分子的修饰，已经发展了不同类型的具备光响应功能的脱氧核糖核酸材料。然而，具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料还未有报道，限制了脱氧核糖核酸材料在某些领域的应用，比如，在对水敏感的光信息储存领域。因此，发展具有热稳定性和水不溶性的柔性脱氧核糖核酸材料，对于拓展脱氧核糖核酸在基础科研以及技术领域的应用有着重要意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.本发明提供一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，其制备原料包括脱氧核糖核酸和含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物。
8.在本发明中，所述脱氧核糖核酸为单链脱氧核糖核酸，所述单链脱氧核糖核酸的碱基数目为20～50个。
9.在本发明中，所述含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物为n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯基)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵和n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯甲酸)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯甲酰氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵。
10.在本发明中，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，包括：
11.将脱氧核糖核酸的水溶液与含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的水溶液混合，将上述混合液震荡并经离心处理后舍弃上清液，所得沉淀产物经冻干处理，制得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料。
12.在本发明中，所述脱氧核糖核酸的水溶液中脱氧核糖核酸的浓度为1～3mmol/l，所述含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的水溶液中含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的浓度为20～30mmol/l。
13.在本发明中，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，所述混合液中，所述脱氧核糖核酸为单链脱氧核糖核酸，以碱基数计，所述脱氧核糖核酸与含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的摩尔比为1:1～1:2。
14.在本发明中，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，所述震荡的时间为15分钟，所述冻干处理的时间为3～5小时。
15.本发明提供了一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法具有如下特点：
16.1、本发明所得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，为脱氧核糖核酸和含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物通过静电作用力结合得到。
17.2、本发明所得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在紫外光(365nm)和可见光(520nm)照射下，能够产生光致变色现象。
18.3、本发明所得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，经光照产生的颜色在加热条件和水环境中能稳定保持。
19.4、本发明所得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，可将其应用于信息储存领域。
附图说明
20.图1为实施例1所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在紫外光照射下的紫外-可见吸收图谱。
21.图2为实施例1所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在可见光照射下的紫外-可见吸收图谱。
22.图3为实施例1所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的黄色状态和紫色状态在不同温度下在550nm处的吸光度值。
23.图4为实施例2所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在紫外光照射下的紫外-可见吸收图谱。
24.图5为实施例2所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的黄色状态和蓝色状态在不同温度下在550nm处的吸光度值。
具体实施方式
25.本发明提供了一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
26.下面结合实施例，进一步阐述本发明：
27.实施例1：
28.将100μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液和220μl浓度为20mmol/l的n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯基)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液放入离心机中，在相对离心力为6100g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液，将所得沉淀冷冻干燥5小时，制得本发明所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，经检测，本发明所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料具有良好的柔性。
29.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在紫外光(365nm)刺激下，颜色由黄色转变为紫色，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在紫外光刺激下的紫外-可见吸收图谱，如图1所示，根据图1，得出：本发明所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在紫外光(365nm)刺激下，材料在450～650nm处的吸光度值升高，说明材料中所含的二芳基乙烯结构部分发生闭环反应，导致材料由黄色变为紫色。
30.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，经紫外光(365nm)照射得到的紫色状态，在可见光(520nm)刺激下，颜色由紫色转变为黄色，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在可见光刺激下的紫外-可见吸收图谱，如图2所示，根据图2，得出：本发明所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在可见光(520nm)刺激下，材料在450～650nm处的吸光度值降低，说明材料中所含的二芳基乙烯结构部分发生开环反应，导致材料由紫色变为黄色。
31.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，黄色状态和紫色状态在室温至80℃范围内体现出良好的热稳定性，如图3所示，根据图3，得出：所制得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在室温至80℃范围内，黄色状态和紫色状态在550nm处的紫外-可见吸光度值保持稳定，说明材料中所含的二芳基乙烯结构部分在加热条件下没有发生开闭环反应。
32.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，黄色状态和紫色状态在水溶液中能够稳定存在。
33.实施例2：
34.将100μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液和220μl浓度为20mmol/l的n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯甲酸)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯甲酰氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液放入离心机中，在相对离心力为6100g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液，将所得沉淀冷冻干燥5小时，制得本发明所述具备热稳定性和水不溶性的光致变色核酸材料，经检测，本发明所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料具有良好的柔性。
35.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在紫外光(365nm)刺激下，颜色由黄色转变为蓝色，所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料在紫外光刺激下的紫外-可见吸收图谱，如图4所示，根据图4，得出：本发明所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在紫外光(365nm)刺激下，材料在450～700nm处的吸光度值升高，说明材料中所含的二芳基乙烯结构部分发生闭环反应，导致材料由黄色变为蓝色。
36.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，黄色状态和蓝色状态在室温至80℃范围内体现出良好的热稳定性，如图5所示，根据图5，得出：所制得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，在室温至80℃范围内，黄色状态和蓝色状态在585nm处的紫外-可见吸光度值保持稳定，说明材料中所含的二芳基乙烯结构部分在加热条件下没有发生开闭环反应。
37.所制备得到的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，黄色状态和蓝色状态在水溶液中能够稳定存在。
38.对比例1：
39.将100μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液和220μl浓度为20mmol/l的n,n,n-三甲基-8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯基)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯氧基)辛基溴化铵水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液放入离心机中，在相对离心力为6100g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液，将所得沉淀冷冻干燥5小时，制得少量固体核酸材料，该固体材料在压力下易碎，不具备柔性。
40.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域内的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，其特征在于，其合成原料包括脱氧核糖核酸和含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物。2.根据权利要求1所述的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，其特征在于，所述脱氧核糖核酸为单链脱氧核糖核酸，所述单链脱氧核糖核酸的碱基数目为20～50个。3.根据权利要求1所述的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，其特征在于，所述含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物为n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯基)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵和n-(8-(4-(4-(2-(2-(4-(8-溴代辛氧基)苯甲酸)-5-甲基-4-噻吩基)环戊烯基)-5-甲基-2-噻吩基)苯甲酰氧基)辛基)-n,n-二甲基-2,5,8,11-四氧杂十三烷基溴化铵。4.根据权利要求1～3任一项所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，其特征在于，包括：将脱氧核糖核酸的水溶液与含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的水溶液混合，将上述混合液震荡并经离心处理后舍弃上清液，所得沉淀产物经冻干处理，制得具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料。5.根据权利要求4中所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，其特征在于，所述脱氧核糖核酸的水溶液中脱氧核糖核酸的浓度为1～3mmol/l，所述含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的水溶液中含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的浓度为20～30mmol/l。6.根据权利要求4中所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中，所述脱氧核糖核酸为单链脱氧核糖核酸，以碱基数计，所述脱氧核糖核酸与含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物的摩尔比为1:1～1:2。7.根据权利要求4中所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料的制备方法，其特征在于，所述震荡的时间为15分钟，所述冻干处理的时间为3～5小时。

技术总结
发明名称一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法摘要本发明涉及生物材料和光致变色材料技术领域，主要涉及一种具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料及其制备方法。本发明所述具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，是脱氧核糖核酸和含二芳基乙烯结构的季铵盐化合物在水相合成，通过静电作用力结合得到的离子复合物。本发明制得的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料，可以在紫外光和可见光刺激下，产生变色现象，其变色后的状态能够在加热条件和水相中保持稳定。本发明制备的具备热稳定性和水不溶性的柔性光致变色核酸材料可以应用于光信号记忆等相关领域。材料可以应用于光信号记忆等相关领域。材料可以应用于光信号记忆等相关领域。


技术研发人员：吴中涛 张蕾 张嘉霖
受保护的技术使用者：张嘉霖
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/28