响应性可重构手性金属等离子体纳米结构构建及其光学活性分析

The chiral metal plasmonic nanostructures exhibit specific optical properties. In this project, we will tactfully integrate programmable DNA self-assembly techniques, chiral arrangement of anisotropic AuNR, switches consisting of stimulated-responsive DNA nanostructures and circular dichroism (CD) spectral analysis to create a reconfigurable plasmonic chiral metamolecules, which can response to distinct stimuli and whose conformation changes are multistep and reversible. DNA origami is used to construct "V-shaped" reconfigurable DNA template, which contains three DNA locks to manipulate and realize a series of conformational changes. AuNRs are hosted on this DNA template and generate strong CD signals. Conformational changes are translated to CD changes, which can be expanded to the ultrasensitive and highly specific biochemical detections and the study of the intrinsic relations between subtle conformational changes of plamonic metal nanostuctures and CD properties.

手性金属等离子体纳米结构在光学活性上表现出特异性。本项目将可编程的DNA自组装技术、各向异性金属纳米粒子手性组装、刺激响应性DNA纳米结构开关与圆二色谱（CD）谱学分析有机地结合起来，拟构建多步、可逆刺激响应性可重构手性等离子体纳米结构。利用可编程的DNA折纸技术构建可重构的“V字型”DNA纳米模板，此模板包含三级DNA开关，通过优化组合开关设计及响应条件，能够实现八种构型状态的变化。通过DNA模板构建手性金纳米棒等离子体结构，在可见光区产生强烈的CD信号。将构型上的细微变化转换成光学信号的强烈信号输出，有望实现超灵敏、高特性的生物化学检测，并且可以实现等离子体结构上细微变化与其光学活性间内在联系的研究。

金属纳米粒子具有独特的局域表面等离子特性，在材料学、分析学和纳米光子学等领域都具有重要的应用前景，有效调控其等离子共振特性是研究的热点和难点。等离子体形状、组成以及粒子间距直接影响光与粒子的相互作用，从而影响其共振特性。这就对合成特定形貌的等离子体纳米结构提出了需求和挑战，目前的研究方法难以做到精确合成特定形状的等离子体。本项目立足于各向异性等离子纳米结构的构建，利用DNA纳米技术设计金属纳米粒子的生长路径，实现金属纳米粒子的定向生长，从而实现各向异性复杂等离子体纳米结构的合成。DNA纳米结构具有可编码特性以及精确的定位功能，是纳米材料精确排布的优良模板。本项目在DNA纳米模板上精确调控生物酶和金属纳米粒子的空间距离，在两者之间构建酶催化的底物通道，利用浓度梯度差实现酶促纳米金的定向生长；进一步，在DNA纳米平台上同时构建多个底物通道，实现纳米金粒子的多价态定向生长。为复杂等离子体结构的构建提供了新思路和新方法。本项目所提出的新策略在纳米电子芯片领域也具有良好的应用前景。以酶作为信号分子进行可编码的电子芯片设计，通过加入信号分子（葡萄糖氧化酶）锚定于纳米粒子之间，实现纳米通路的构建，这为未来自下向上电子芯片的制造提供了新的视角。在前期获得良好的预期结果基础上，本项目将新方法拓展到酶促纳米银的可控刻蚀研究中，取得良好结果；最后，量子点作为一种半导体纳米材料，同样具备独特的光学特性，金属纳米粒子与量子点的可控组装能够实现强烈的荧光增强或淬灭效应，本项目初步探讨了量子点和金纳米粒子在DNA模板上的可控组装，为其互作研究建立基础。综上所述，本项目利用DNA纳米模板精确的定位特性，通过在生物酶和金属粒子间构建底物通道的思路，发展了一种酶促金属粒子定向生长和刻蚀的新策略，为各向异性等离子体纳米结构构建、应用以及纳米电子芯片的研究提供新思路和方法学基础。