基于DNA自组装制造纳米金阵列的基础研究

基于物理或化学方法的纳米制造研究已进行了大量工作，随着生物技术的发展，来自生物的灵感使纳米制造趋于多元化，因为生物纳米制造条件温和、研究结果重现性好、最终制品能够实现一致性且制造设备简单，所以开展生物纳米制造研究是国家发展的重大战略需求之一。由于生物纳米制造的研究还处于起步阶段，其详细制造机理及与所形成纳米材料的光、磁、电学等效应的关系有待深入研究。本课题主要研究基于DNA模板制造高精度、跨尺度的平面纳米金阵列，分析生物共轭及表面修饰防止纳米金团聚的机制；研究DNA模板的设计、组装方法、反应条件等与高精度组装行为及跨尺度纳米金阵列制造之间的构效关系；探索基于DNA制造的跨尺度纳米金阵列构筑单元（纳米金）形状、尺寸及颗粒间距与纳米金阵列表面等离子体共振峰的相关性；阐明生物制造纳米金阵列结构与性能的演变规律；为合理设计和制造新型贵金属纳米阵列提供科学依据，丰富纳米制造理论基础及工艺与装备原理。

基于物理或化学方法的纳米制造研究已进行了大量工作，随着生物技术的发展，来自生物的灵感使纳米制造趋于多元化，因为生物纳米制造条件温和、研究结果重现性好、最终制品能够实现一致性且制造设备简单，所以开展生物纳米制造研究是国家发展的重大战略需求之一。在获得项目资助后的这三年里，我们完成了如下方面的研究任务：成功地合成多种不同形态、尺寸可控的纳米金晶体并对其形貌进行表征；通过DNA自组装制造了纳米金阵列；深入研究了DNA瓦的数目、缓冲体系中不同盐的浓度、反应温度以及杂交时间等对DNA模板组装过程的影响；设计出了具有突出端的刚性四臂瓦，优化了组装过程；通过静电力、化学键合及生物识别等不同作用模式，实现了金纳米棒的可控自组装；研究了金纳米棒在不同组装模式下的电磁场分布和拉曼增强效应。与此同时，我们也将纳米金晶体的不同组装模式应用于金属离子、小分子以及大分子的高特异性和灵敏性检测及肿瘤治疗，这都为合理设计和制造新型贵金属纳米阵列提供科学依据，并拓展了纳米材料制造理论基础及应用范围。