利用DNA折纸术构建金纳米棒 @ 金纳米粒子手性螺旋超结构

等离子体纳米粒子及其组装结构因为优异的光学特性在纳米科技中具有广泛应用,如超材料,生物传感器,光电器件等。精准构建等离子体纳米结构对于光学特性的深入研究意义重大,而精确调控等离子体纳米粒子的表面功能性质则是进一步获得复杂自组装体系的关键。目前借助各种物理和化学方法,可在纳米粒子表面的一定区域范围实现功能选择性调控。但是,获得纳米粒子表面表面功能位点的精确图案化方法仍然是一个巨大的挑战。

以DNA origami为代表的DNA纳米技术具有强大的空间位点寻址能力,可以在空间上实现功能位点的精确排布。与纳米粒子相结合,则可以实现对纳米粒子表面功能位点的精确图案化。若将表面图案进一步理性设计为具有手性的不对称几何构型,以此为基本构筑单元便可指导复杂手性纳米结构的多层次组装。

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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借助DNA纳米技术构筑复杂的纳米自组装体系。最近,他们运用DNA折纸术首次获得一系列金纳米棒 @ 金纳米粒子手性螺旋超结构。首先以60×90 nm二维矩形DNA origami为模板,通过对DNA origami表面功能位点的理性设计,多步DNA杂交反应后将矩形DNA origami卷曲在一根13×38 nm金纳米棒表面形成圆筒结构,在DNA origami上预先设计的8组捕获链DNA随即在金纳米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个表面修饰有与DNA origami 表面捕获链互补的DNA序列,通过互补配对,在每一个金纳米棒表面实现8个金纳米粒子的精确组装,分别形成左手螺旋和右手螺旋的金纳米棒 @ 金纳米粒子超结构。鉴于这类复杂组装体系的不对称几何构型,观测到显著的手性光学响应。这些手性信号源自结构中央的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。并且通过对螺旋结构中纳米粒子粒径的调控,可有效调制金纳米棒 @ 金纳米粒子超结构手性光谱的强度。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。

相关研究成果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201606533)上。

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