“银离子焊接”帮助DNA分子实现纳米粒子的强偶联组装

Untitled尽管DNA已被证明是精确构造纳米粒子超结构的强大分子工具,使用DNA分子组装强偶联纳米粒子超结构仍面临很大困难,究其原因主要有三方面:(1)DNA分子尺寸较大,使得纳米粒子间距远远超出强偶联相互作用的有效范围;(2)通常使用的DNA多功能化纳米材料其相对致密的DNA分子层阻碍了纳米粒子间直接接触;(3)目前尚缺乏能与DNA程序化组装过程完美相容的强偶联相互作用。这一矛盾使得DNA纳米组装结构内部的电荷和能量转移等过程十分困难和低效,制约了组装结构对其性能的有效调控及相关应用的实现。

 中国科学技术大学化学系邓兆祥和合作者针对这一问题提出了有效的解决方案,基于他们发明的“银离子焊接”技术,结合DNA单功能化纳米模块,依靠DNA分子的程序化精确组装实现了金纳米粒子在其二聚体和线性多聚体中的强偶联相互作用,观察到显著的局域表面等离激元共振偶合效应。相关结果发表在Small上。

 该研究团队在利用DNA碱基互补识别对纳米粒子组装体的拓扑结构进行精确控制的同时,结合他们之前使用小分子、离子调控纳米粒子聚集过程的经验,将小分子、离子的短程结合作用融入纳米粒子的DNA组装控制中。同时,以DNA单功能化金纳米粒子为组装基元,最大程度减小了纳米粒子间的位阻和静电排斥。实验过程中,他们首先利用DNA分子可编程的自组装特性精确构造出纳米粒子二聚体和线性多聚体结构,进而利用银离子与纳米粒子表面配体的强相互作用成功实现邻近粒子的短程偶联。样品溶液的消光光谱数据显示,即使对于直径为13纳米的较小金纳米粒子,仍可清楚观察到偶联所导致的纵向等离激元共振偶合峰,其波长相对于横向共振模式显著红移达数十纳米。除此之外,该团队还通过冷冻透射电子显微镜和凝胶电泳分析确认了偶联过程的高度选择性:即偶联仅发生于DNA分子所设定的具有空间近邻关系的纳米粒子之间。

这一工作很好解决了DNA纳米自组装的一个重要难题,随着结构DNA纳米技术的持续蓬勃发展以及该团队在新型DNA单功能化纳米模块方面的不断开拓,有望基于这一技术实现组装结构的各种新颖功能,为DNA纳米技术走向应用打下基础。