DNA折纸结构组装磁性和贵金属纳米材料及其等离子体共振性质的调节

The research of localized surface plasmon resonance（LSPR）property of noble metal has become a hot topic in the field of nanoscience and technology. The dynamic and reversible tuning of the plasmonic property of metal nanostructures provides the opportunity in instant and selective excitation of the plasmon modes, e.g., by completely suppressing or exciting either the transverse or longitudinal modes, and contributing to the development for a wide range of applications, such as optoelectronics, biological sensing, and chemical sensing, etc. DNA origami has an excellent assembly capacity, and can be used in the design and synthesis of various optoelectronic devices and nanomaterials. In this project, we use DNA origami as the bridge to connect the gold nanorod and magnetic nanorod, and control their orientation using external magnetic fields. The dynamic and reversible tuning of the plasmonic property of metal nanostructures can be studied intensively. The same strategy can be extended to dynamic tuning of the optical property of other anisotropic plasmonic nanostructures by using magnetic fields. These tunable plasmonic hybrid nanostructures not only enhance our understanding of plasmonic tuning but also provide a new platform for building novel active optical components, color presentation and display devices, and highly sensitive and selective chemical and biomedical sensors.

贵金属纳米粒子的表面等离子体共振性质的研究是近年来纳米科学领域的热点课题。实时、可逆的调控金属纳米结构的等离子体性质可以快速选择激发或淬灭特异的等离子体激元，从而可以实现全新光电子器件以及高效化学和生物传感器的开发。DNA“折纸”纳米材料具有强大的组装能力，可以用来设计和合成各种纳米光电子器件和功能纳米材料。本项目利用DNA“折纸”纳米材料强大的组装功能，制备具有结构可控的金纳米棒-磁性纳米棒组装体，通过调控外加磁场控制纳米组装体的取向，从而控制金纳米棒的等离子体性质，并对金纳米棒的等离子体性质的实时、可逆调控进行系统而深入的研究。这种理念同样适用于利用磁场对其他具有各向异性的等离子体纳米结构的光学性质的动态调控。这种可调的等离子体杂交纳米结构不仅拓宽了我们对于等离子体调控的认识，同时为构建全新的具有光学活性组分或者颜色显示器件以及高敏、高选择性的化学和生物医药传感器提供了一个全新的途径。

贵金属纳米粒子的可控组装是近年来纳米科学领域的热点课题。构建特定结构的贵金属纳米粒子可以快速有效的调控等离子体激元，从而实现全新光电子器件以及高效化学和生物传感器的开发。本项目立足于DNA自组装技术和DNA纳米结构的空间定位功能，构建磁性及贵金属纳米颗粒组装体，通过调控外加磁场控制纳米组装体的取向，从而控制金纳米棒的等离子体性质。与此同时，本项目通过对DNA折纸结构的位点设计，实现金纳米棒的定位组装，通过负载化疗药物阿霉素以及肿瘤特异性适配体MUC-1，实现光热和化疗协同作用的多功能纳米载体的构建。并且，我们通过控制单链DNA在DNA折纸结构上的排布，原位合成了具有特定位点排布的发射特定荧光的银纳米簇。银纳米簇的激发发射属性通过调控成核位点与DNA折纸结构之间的距离，模板的结构以及成核位置来实现。研究表明，DNA纳米结构通过表面位阻效应影响银纳米簇生长序列的构象、灵活性及对银离子的吸附，进而使原位合成的银纳米簇的荧光发射有所不同。本项目利用DNA纳米技术强大的可编程性，通过设计DNA的结构实现了贵金属纳米粒子的组装，成功构建多功能载体；通过改变DNA纳米结构的表面环境实现了银纳米簇原位合成过程及其荧光性质的调控。这项研究不仅拓宽了我们对等离子体调控的认识，同时开拓了利用DNA纳米技术来研究和调控表面化学反应的新途径。