树状大分子包裹贵金属纳米复合粒子标记DNA的制备及其与DNA折纸术模板的组装研究

贵金属纳米粒子标记DNA，结合了贵金属纳米粒子的光、电特性及DNA的分子识别性，是研究生物体系中物理化学现象的有力工具，也是构建新型纳米器件的理想材料，是当今一项前沿研究课题。当将其应用到生物体系时，提高贵金属纳米粒子在复杂溶液环境中的化学稳定性、表面可功能化、避免可能的生物毒性及与DNA间连接的不牢固性是关键。目前，贵金属纳米粒子多仅以小分子配体保护，与DNA之间大多以硫-金属键形式直接连接，这样不可避免贵金属纳米粒子易受外界复杂环境影响，及存在硫-金属键不够牢固和可被其它配体置换的问题。本项目旨在突破传统的直接标记概念，发展一种通过树状大分子包裹贵金属纳米粒子再与DNA间接标记的新方法，可避免贵金属纳米粒子与外界环境的直接接触，同时树状大分子的外周提供了可供再功能化的活性基团及与DNA共价连接的新方式；并有望与最新的DNA折纸术技术结合，构建稳定、可控、高效的贵金属纳米组装图案。

本项目主要研究成果阐述如下。.（一）新型DNA标记纳米金探针的制备.我们提出了一种新的DNA标记纳米金制备思路，即直接采用天然的DNA序列设计成双嵌段寡核苷酸来解决这些问题。首先我们发现连续的腺嘌呤碱基(polyA)与金纳米粒子之间存在很强的吸附力，因而将双嵌段序列设计成包含两部分，探针部分用于进行DNA识别，polyA部分则将DNA固定在金纳米粒子上。研究表明，这一新方法不仅可以有效制备稳定的复合探针，而且可以通过改变A碱基的长度来调控纳米金表面上DNA密度，在纳米尺度上精确控制DNA分子之间的距离，从而避免DNA分子之间的相互作用，实现探针的高识别活性。结果证明，通过这种方法制备的DNA标记纳米金具有很高的稳定性和识别活性，可以在短时间内实现对DNA分子的高灵敏快速检测。由于DNA标记纳米金已在纳米生物和医学研究中具有了广泛的应用，可以预期这种新型制备方法将为这些应用提供新的契机。该部分成果已在J.Am.Chem.Soc.等刊物上发表。.（二）DNA折纸术结构的高级组装研究.我们将长方形的DNA折纸术单体沿其长轴进行高级组装，得到了具有微米级长度的纳米带。当沿其短轴进行组装时，意外得到了由单体自卷曲形成的纳米管结构。这种纳米管由于具有内在的纳米级限域空间，可作为纳米反应器来研究限域空间内的化学及生化反应。此外，将纳米管单体沿长轴进一步组装，还可得到长度可达微米级的超长DNA纳米管。更为重要的是，我们在研究这些结构的组装行为时，发现以上这些分子量可与小型细胞器比拟的复杂DNA结构可通过优化退火过程，在短至10min的时间内形成。这项工作不仅对构建新型纳米器件提供了手段，同时对体外模拟研究生物体的组装行为也提供了新思路。该部分成果已在J.Am.Chem.Soc.等刊物上发表。