中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，國(guó)家納米科學(xué)中心丁寶全課題組在利用DNA自組裝結(jié)構(gòu)調(diào)控圖案化二氧化硅定位合成方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Site-specific Synthesis of Silica Nanostructures on DNA Origami Templates為題目在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》(Advanced Materials2020, DOI: 10.1002/adma.202000294)。
二氧化硅是一種自然界常見(jiàn)的無(wú)機(jī)非金屬材料，在生物礦化以及納米材料構(gòu)筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如何制備具有特定尺寸且形貌可控的二氧化硅納米結(jié)構(gòu)，是納米科學(xué)領(lǐng)域的難點(diǎn)問(wèn)題之一。DNA自組裝結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的可編程性和精確的定位修飾特點(diǎn)，是構(gòu)筑二氧化硅納米結(jié)構(gòu)的有力工具。已報(bào)道的利用DNA為模板引導(dǎo)合成二氧化硅納米結(jié)構(gòu)的工作，是利用DNA結(jié)構(gòu)表面帶負(fù)電荷的磷酸骨架與帶正電荷的硅氧烷前驅(qū)體相互作用，使前驅(qū)體沿DNA結(jié)構(gòu)骨架或表面水解，最終形成包覆整個(gè)DNA納米結(jié)構(gòu)表面的二氧化硅結(jié)構(gòu)。這種全包裹的方法會(huì)導(dǎo)致DNA結(jié)構(gòu)失去其重要的表面定位功能修飾的特點(diǎn)，后續(xù)多組分復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建會(huì)非常困難。因此，如何實(shí)現(xiàn)自組裝結(jié)構(gòu)表面二氧化硅的可控定位合成是一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。
在前期工作中，丁寶全課題組通過(guò)調(diào)控DNA自組裝結(jié)構(gòu)表面指定位點(diǎn)的分子間作用，成功實(shí)現(xiàn)了二維金屬片、金屬及金屬氧化物圖案的可控排布（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 2846;J. Am. Chem. Soc.2019,141, 17968）。在此工作的基礎(chǔ)上，丁寶全課題組提出了一種新穎的二氧化硅可控定位合成策略。研究發(fā)現(xiàn)，相比于DNA納米結(jié)構(gòu)表面緊密堆積的DNA雙螺旋陣列，延伸出表面的DNA雙鏈具有更大的結(jié)構(gòu)靈活性以及較低的局部陽(yáng)離子濃度，更易與帶正電荷的硅氧烷前驅(qū)體結(jié)合。利用這一性質(zhì)，通過(guò)在DNA自組裝結(jié)構(gòu)表面的特定位點(diǎn)延伸出DNA雙鏈，使硅氧烷前驅(qū)體與延伸雙鏈及DNA納米結(jié)構(gòu)模板的分子間作用力產(chǎn)生差異，并通過(guò)表界面化學(xué)反應(yīng)條件的精確調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)了二氧化硅選擇性的生長(zhǎng)在延伸的雙鏈上，而不包裹DNA納米結(jié)構(gòu)模板。這一方法充分利用了DNA自組裝結(jié)構(gòu)的定位修飾的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二氧化硅納米結(jié)構(gòu)定位生長(zhǎng)。二氧化硅納米結(jié)構(gòu)形成后，DNA模板表面未參與二氧化硅合成的位點(diǎn)，仍然具有定位功能化修飾的特點(diǎn)。利用這一點(diǎn)，研究人員實(shí)現(xiàn)了二氧化硅圖案附近金納米顆粒的定位組裝。這種方法可以用于多個(gè)功能組分與無(wú)機(jī)非金屬納米材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控制備，為后續(xù)進(jìn)一步構(gòu)筑復(fù)雜的納米功能體系奠定了基礎(chǔ)。
國(guó)家納米中心博士研究生尚穎旭和助理研究員李娜為論文的共同第一作者，研究員丁寶全為通訊作者。該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃等的支持。
圖1. DNA自組裝結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的二氧化硅納米結(jié)構(gòu)位點(diǎn)可控合成示意圖
圖2. （a）利用多種DNA折紙結(jié)構(gòu)模板實(shí)現(xiàn)二氧化硅納米結(jié)構(gòu)的圖案化定制合成；（b）利用三角形DNA折紙結(jié)構(gòu)模板構(gòu)建二氧化硅-金球復(fù)合結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步功能體系的構(gòu)筑提供可能。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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