纳米尺度上的“乐高积木” ——DNA折纸术指导的纳米结构
2017/6/29 中科院之声

     什么是DNA折纸术？初听可能会一头雾水。事实上，DNA折纸术与纸无关，而是一种新型的生物纳米技术，只是巧妙借用了传统折纸(origami)的概念而已。在这一技术中，被折叠的并不是纸张，而是一类重要的生物大分子——DNA。从分子结构的角度来看，DNA具有双螺旋结构和A、T、C、G四种碱基，遵循互补配对原则。为了创造出特定的形状(事先以计算机建模)，利用碱基的互补配对，借助数百条短链DNA将一条长链DNA反复来回折叠，控制反应温度使数量众多的DNA自组装形成目标图案。

     这些DNA纳米结构构象精准且刚性良好，加之序列的特异性识别等突出优点，使之发展为构筑复杂纳米结构的强有力工具。以形貌各异的DNA origami为模板，就如同在纳米尺度上玩“乐高积木”一样，可将各类无机纳米颗粒视作“积木单元”，进一步形成具有丰富功能特性的复杂体系，由此成为纳米自组装领域一个全新的研究热点。

     中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌研究员团队一直致力于利用DNA纳米技术构筑复杂自组装体系。最近，他们运用该项技术首次获得金纳米棒@金纳米粒子手性螺旋超结构。在这一复杂图案中，8个金纳米粒子呈螺旋形排列在一根金纳米棒周围。首先以二维矩形DNA origami为模板，在表面功能位点的多步DNA杂交反应后，将矩形模板卷曲在一根13×38 nm金纳米棒表面形成圆筒结构，模板上的8组DNA序列于是在棒表面形成呈左旋或右旋排列的螺旋形识别位点。进一步引入8个表面修饰有DNA的金纳米粒子，它们与各个识别位点精确组装后，最终获得金纳米粒子左手和右手螺旋围绕金纳米棒的超结构。

     鉴于这类复杂图案的不对称几何构型，观测到显著的手性光学响应。这些手性信号源自结构中央金纳米棒和周围金纳米粒子螺旋的局域表面等离子体共振(LSPR)耦合。通过调控结构中纳米粒子粒径，可有效调制所获手性光谱的强度。该策略为“自下而上”构筑复杂的功能纳米自组装系统提供了全新思路，并有望在此基础上进一步开发出一类新型表面等离子体纳米光学器件。相关研究成果发表在AdvancedMaterials(DOI:10.1002/adma.201606533)上。

    

     图：金纳米棒 @ 金纳米粒子手性螺旋超结构的自组装过程示意图

     来源：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

    

    

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