一种具备湿度指示功能的荧光核酸材料及其制备方法

1.本发明涉及生物材料和湿度响应材料技术领域，主要涉及一种具备湿度指示功能的荧光核酸材料及其制备方法。


背景技术：

2.湿度监测在包括我们生活在内的多个领域内有着重要的应用，比如，在药品、食品、化学品以及精密仪器的生产和储存中都需要进行精确且实时地湿度监测。用于湿度监测的材料属于刺激-响应型功能材料，是能针对湿度刺激产生可检测信号的一种材料。在生物学和生物医学等研究领域中，某些情况下还要求所使用的湿度指示材料具备柔性、生物兼容性和可降解性等方面的需求。
3.以生物分子为基础的生物材料，在生物兼容性和可降解性等方面具备天然的优势。脱氧核糖核酸分子是最重要的天然生物资源之一，目前已被发展成为多种功能材料。通过对脱氧核糖核酸分子进行功能化修饰，脱氧核糖核酸功能材料可以针对外界刺激做出多种响应，像是光刺激引起的核酸分子双螺旋结构变化等。然而，目前大多数以脱氧核糖核酸分子为基础的刺激-响应型材料多数只能在水环境中使用，在无溶剂环境下则难以发生刺激-响应行为，这主要是由于脱氧核糖核酸分子所需要的存在条件和工作环境条件所决定的。
4.近年来，新发展了一种由脱氧核糖核酸分子和季铵盐类表面活性剂所组成的热致液晶材料，该类材料在无溶剂条件下可以针对多种外界刺激表现出不同的物理和化学性质变化。目前，通过设计不同的表面活性剂分子，已经实现了该类无溶剂脱氧核糖核酸热致液晶的热致相变、电致变色、磁力响应、光致变色和光致相变等多种类型的刺激-响应。然而，能够对湿度刺激产生荧光信号变化的无溶剂脱氧核糖核酸热致液晶材料至今还未有报道，限制了脱氧核糖核酸材料在湿度指示和检测等领域的应用。因此，发展具备湿度指示功能的荧光型脱氧核糖核酸材料，对于拓展核酸材料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湿度指示功能的荧光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湿度指示功能的荧光核酸材料，其制备原料包括单链脱氧核糖核酸、双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物。
8.在本发明中，所述单链脱氧核糖核酸的碱基数目为20～100个。
9.在本发明中，所述含四苯乙烯结构的季铵盐化合物为n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵。
10.在本发明中，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，包括：
11.首先将双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物溶解于水中制备成含两种表面活性剂的水溶液，然后将含两种表面活性剂的水溶液与单链脱氧核糖核酸的水溶液混合，将上述所得混合液震荡并离心，舍弃上清液并收集所得沉淀复合物，将所得沉淀复合物进行冷冻干燥处理，制得具备湿度指示功能的荧光核酸材料。
12.在本发明中，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，所述单链脱氧核糖核酸的水溶液中单链脱氧核糖核酸的浓度为2～3mmol/l，所述含两种表面活性剂的水溶液中双十二烷基二甲基溴化铵的浓度为20～30mmol/l，所述含两种表面活性剂的水溶液中含四苯乙烯结构的季铵盐化合物的摩尔浓度为双十二烷基二甲基溴化铵的摩尔浓度的2～3％。
13.在本发明中，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，所述混合液中，所述单链脱氧核糖核酸，以碱基数目计，所述单链脱氧核糖核酸与双十二烷基二甲基溴化铵的摩尔比为1:1～1:5。
14.在本发明中，所述具备湿度指示功能的荧光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1～3小时。
15.本发明提供了一种具备湿度指示功能的荧光核酸材料及其制备方法，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料及其制备方法具有如下特点：
16.1、本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料，为脱氧核糖核酸、双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物通过静电作用力形成的离子复合物。
17.2、本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料，能够在湿度刺激下产生有序晶体结构到无序流体结构的相态变化，该种相态变化同时诱导材料的荧光性质发生改变。
18.3、本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料，以300nm紫外光作为激发光源，其在390nm处产生的荧光强度与相对湿度值呈现线性关系，利用该种线性关系，本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料能够对相对湿度值进行指示。
19.4、本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料，能够在4分钟内完成对环境相对湿度的指示。
20.5、本发明所得具备湿度指示功能的荧光核酸材料，可用作湿度指示材料。
附图说明
21.图1为实施例1所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料在湿度刺激前后的x射线小角散射图对比。
22.图2为实施例1所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料，在相对湿度为80％的条件下，以300nm紫外光为激发光源，实施例1所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料在5分钟内的荧光信号变化。
23.图3为实施例1所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料，在相对湿度为40～100％条件下静置4分钟，以300nm紫外光为激发光源，实施例1所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料在390nm的荧光强度与相对湿度的变化关系。
具体实施方式
24.本发明提供了一种具备湿度指示功能的荧光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。
25.下面结合实施例，进一步阐述本发明：
26.实施例1：
27.将双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵配置成含两种表面活性剂的水溶液，其中双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵的浓度分别为20mmol/l和600μmol/l，将880μl上述所得含两种表面活性剂的水溶液和200μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液后收集所得沉淀物质，将所得沉淀物质冷冻干燥2小时，制得本发明所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料。经检测，本发明所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料为热致液晶材料。
28.所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，在未经潮湿环境处理前的x射线小角散射测试图谱和在相对湿度为100％的环境中静置1小时后的x射线小角散射测试图谱，如图1所示，根据图1，得出：所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料能够在湿度条件刺激下转变为无序流体。
29.所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，在80％相对湿度条件下静置，以300nm紫外光作为激发光源，所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料在5分钟内的荧光图谱变化如图2所示，根据图2，得出：所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料能够在4分钟内完成荧光信号的变化，达到稳定状态。
30.所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，以40％相对湿度为起始条件，增加相对湿度至100％条件下，以300nm紫外光为激发光源，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料在每种湿度条件下静置4分钟后在390nm处的荧光强度与相对湿度的变化关系如图3所示，根据图3，得出：所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，在相对湿度为40～100％范围内，所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料在390nm处的荧光强度与相对湿度呈现线性变化关系，说明所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料可作为相对湿度指示材料使用。
31.实施例2：
32.将双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵配置成含两种表面活性剂的水溶液，其中双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵的浓度分别为30mmol/l和600μmol/l，将2ml上述所得含两种表面活性剂的水溶液和200μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(50个碱基单位)水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液后收集所得沉淀物质，将所得沉淀物质冷冻干燥2小时，制得本发明所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料。经检测，本发明所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料为热致液晶材料。
33.所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，以40％相对湿度为起始条件，
增加相对湿度至100％条件下，以300nm紫外光为激发光源，所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料在每种湿度条件下静置4分钟后在390nm处的荧光强度与相对湿度的变化关系呈现线性变化关系，说明本发明所制备得到的具备湿度指示功能的荧光核酸材料可作为相对湿度指示材料使用。
34.对比例1：
35.将双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵配置成含两种表面活性剂的水溶液，其中双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵的浓度分别为20mmol/l和100μmol/l，将880μl上述所得含两种表面活性剂的水溶液和200μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液后收集所得沉淀物质，将所得沉淀物质冷冻干燥2小时，制得无溶剂核酸离子复合物材料。经检测，对比例1所制备得到的无溶剂核酸离子复合物材料为热致液晶材料，但不具备以荧光变化为指示信号的湿度监测功能。
36.对比例2：
37.将双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵配置成含两种表面活性剂的水溶液，其中双十二烷基二甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵的浓度分别为20mmol/l和2mmol/l，将880μl上述所得含两种表面活性剂的水溶液和200μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液后收集所得沉淀物质，将所得沉淀物质冷冻干燥2小时，制得无溶剂核酸离子复合物材料。经检测，对比例2所制备得到的无溶剂核酸离子复合物材料为热致液晶材料，但不具备以荧光变化为指示信号的湿度监测功能。
38.对比例3：
39.将十六烷基三甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵配置成含两种表面活性剂的水溶液，其中十六烷基三甲基溴化铵和n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵的浓度分别为20mmol/l和600μmol/l，将880μl上述所得含两种表面活性剂的水溶液和200μl浓度为2mmol/l的单链脱氧核糖核酸(22个碱基单位)水溶液在离心管中混合，震荡15分钟，然后将混合液在相对离心力为6124g的离心条件下离心10分钟，舍弃上清液后收集所得沉淀物质，将所得沉淀物质冷冻干燥2小时，制得无溶剂核酸离子复合物材料。经检测，对比例3所制备得到的无溶剂核酸离子复合物材料不具备以荧光变化为指示信号的湿度监测功能。
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：
1.一种具备湿度指示功能的荧光核酸材料，其特征在于，其合成原料包括单链脱氧核糖核酸、双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物，所述含四苯乙烯结构的季铵盐化合物为n,n,n-三甲基-8-(4-(2-(4-辛氧基苯基)-1,2-二苯基乙烯基)苯氧基)辛基溴化铵。2.根据权利要求1所述的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，其特征在于，所述单链脱氧核糖核酸的碱基数目为20～100个。3.根据权利要求1～2任一项所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，其特征在于，包括：首先将双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物溶解于水中制备成含两种表面活性剂的水溶液，然后将含两种表面活性剂的水溶液与单链脱氧核糖核酸的水溶液混合，将上述所得混合液震荡并离心，舍弃上清液并收集所得沉淀复合物，将所得沉淀复合物进行冷冻干燥处理，制得具备湿度指示功能的荧光核酸材料。4.根据权利要求3中所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，其特征在于，所述单链脱氧核糖核酸的水溶液中单链脱氧核糖核酸的浓度为2～3mmol/l，所述含两种表面活性剂的水溶液中双十二烷基二甲基溴化铵的浓度为20～30mmol/l，所述含两种表面活性剂的水溶液中含四苯乙烯结构的季铵盐化合物的摩尔浓度为双十二烷基二甲基溴化铵的摩尔浓度的2～3％。5.根据权利要求3中所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料的制备方法，其特征在于，所述混合液中，所述单链脱氧核糖核酸，以碱基数目计，所述单链脱氧核糖核酸与双十二烷基二甲基溴化铵的摩尔比为1:1～1:5。6.根据权利要求3中所述具备湿度指示功能的荧光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1～3小时。

技术总结
本发明涉及生物材料和湿度响应材料技术领域，主要涉及一种具备湿度指示功能的荧光核酸材料及其制备方法。本发明所述具备湿度指示功能的荧光核酸材料，是由单链脱氧核糖核酸、双十二烷基二甲基溴化铵和含四苯乙烯结构的季铵盐化合物在水相中合成，以静电作用力为主要作用力结合得到的离子型核酸复合物材料。本发明制得的具备湿度指示功能的荧光核酸材料，可以在湿度刺激下产生相态变化和荧光信号变化。本发明制备的具备湿度指示功能的荧光核酸材料可以应用于湿度监测等相关领域。材料可以应用于湿度监测等相关领域。


技术研发人员：张蕾 吴中涛 梁启楷
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/20