国家纳米中心用DNA折纸术组装纳米颗粒三维手性螺旋结构

　　如何能在纳米尺度上对材料结构进行精确的控制，形成具有特殊性能的聚集体，是当今科学界最具有挑战性的前沿课题之一。近年发展起来的DNA折纸术是一种独特的自下而上的自组装纳米技术，被用于制备多种尺寸、形貌的二维和三维纳米图案。DNA折纸纳米结构由于结构可设计性和空间寻址能力，在精确引导纳米粒子自组装形成具有预设性能方面具有显著的优势。

　　国家纳米科学中心丁宝全课题组致力于研究DNA纳米模板法自组装贵金属纳米颗粒、半导体和磁纳米颗粒，期望获得具有特殊光、电、磁学性能的纳米复合结构。他们利用DNA折纸结构作为模板，精确控制多个金纳米粒子形成具有单一手性、几何构型可控的螺旋纳米链，并检测到可见光区的圆二色信号。这项工作使制备具有特定光学性能的三维等离子体共振结构成为可能。该成果已发表在近期的J. Am. Chem. Soc.期刊上，并获得审稿人的高度评价。

　　研究人员在长方形DNA折纸结构中特定位点准确设计延长的DNA捕获链，通过DNA双链杂交组装由互补DNA序列修饰的金纳米颗粒，排列成平行的金纳米链，进一步通过折叠链将长方形DNA折纸结构的长边进行卷曲粘合组装，DNA模板形成管状结构的同时使得二维线状排布的金纳米颗粒构成三维螺旋结构。原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）的结果分别证实了这种金属三维纳米结构的成功组装（图2），其长度、螺距、直径等结构参数与预先设计值吻合。这种金纳米颗粒螺旋组装体在其等离子体共振波长处具有显著的圆二色信号，说明了这种金纳米粒子等离子体共振体的手性效应。

　　此研究实现了单一手性的三维金属纳米颗粒结构的精确组装，为制备金属纳米颗粒、量子点、磁纳米颗粒等具有独特电学、光学和磁学性质的纳米自组装结构提供了新的研究思路。

　　上述工作得到了国家基础研究计划（973项目），国家自然科学基金和中科院“百人计划”项目的支持。

　　论文信息：Rolling Up Gold Nanoparticle-Dressed DNA Origami into Three-Dimensional Plasmonic Chiral Nanostructures, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 146-149。

　 

图1 利用长方形DNA折纸结构组装螺旋形金纳米颗粒组装结构

 

　　图2 长方形DNA折纸结构和管状DNA折纸结构的凝胶电泳和原子力显微镜表征图；平行线状金纳米颗粒组装体和螺旋状金纳米颗粒组装体的透射电子显微镜表征图。

　

图3 螺旋状金纳米颗粒组装体的圆二色光谱图