DNA折纸结构模板引导的金属纳米粒子手性螺旋链的自组装

手性无机纳米材料和DNA纳米材料是目前材料研究领域的两个研究热点，本项目利用三维DNA"折纸"纳米结构作为模板精确控制生物编码的金属纳米粒子的组装过程，合成具有左手螺旋结构、右手螺旋结构和内消旋结构等一系列的金属纳米颗粒组装体。结合手性金属纳米粒子组装体的理论模型，通过具体实验，系统研究金属纳米粒子尺寸、数量、材质和准确控制螺距等组装参数对组装体光学活性的影响。以组装形成的螺旋结构为基础，进一步调控由不同材质的金属纳米粒子组装而成的纳米结构的光学性能，增加对金属纳米粒子之间相互作用的了解。以制备的金属纳米粒子组装结构作为手性功能纳米材料基本单元进行进一步的组装，制备微米尺度的有序的手性功能纳米材料。

手性无机纳米材料和DNA纳米材料是目前纳米学科领域的两大研究热点。金属纳米粒子组装体的光学活性和材质、粒子尺寸和拓扑结构具有重要的关系。如何将这些无机纳米材料精确可控组装起来是目前亟待解决的问题之一。近年来，DNA纳米材料作为模板在指导无机纳米颗粒和生物大分子自组装方面展示了巨大的潜力。.本项目利用DNA折纸纳米材料作为自组装模板，精确控制生物编码的贵金属纳米粒子自组装过程。主要完成了如下工作：.1.DNA折纸结构引导的螺旋等离子共振纳米结构自组装.我们利用长方形DNA纳米折纸结构作为模板，在其中一面设计了15个金球的结合位点，加入具有互补序列DNA修饰的金纳米颗粒，这些金纳米颗粒会固定在长方形DNA折纸纳米结构上，形成两条平行的链，然后加入折叠DNA链，经过缓慢退火，长方形的折纸结构会形成管状结构，可得到一个具有螺旋结构的金纳米球组装体。对于该螺旋结构进行结构表征，可见结构与设计符合；通过DNA折纸模板构建的金纳米球螺旋结构的圆二色信号经多次重复均非常稳定。.2.DNA折纸结构引导的四聚体手性等离子共振纳米结构自组装.我们利用长方形DNA纳米折纸结构作为模板，设计具有左手手性和右手手性的两套结合位点：在其中一面设计了3个金球的结合位点，在另一面设计1个结合位点。加入具有互补序列DNA修饰的20 nm金纳米颗粒退火后，形成两种不同手性的金纳米球组装体。对其进行各种表征，证明其结构稳定，产率良好。通过DNA折纸模板构建的两种不同手性金球组装体具有相反的圆二色信号，经多次重复均非常稳定。我们获得的光学信号与理论计算很好的吻合。相比于以DNA折纸结构为模板构建的金球螺旋手性结构，所获得的光学信号强度有了较大的提升。.3.DNA折纸结构引导的三维手性等离子共振纳米结构自组装.为了进一步增强三维手性结构的光学信号，我们以表面包覆DNA的金纳米棒作为组装材料，利用长方形DNA纳米折纸结构作为模板，设计组装形成两种不同手性的金纳米棒组装体。对于其进行各种表征，证明其结构稳定，产率良好。通过DNA折纸模板构建的两种不同手性金棒组装体在730 nm具有相反的强烈圆二色信号，与金棒本身的长轴等离子共振峰位置吻合。所获得的光学信号与理论计算很好的吻合。相比于以DNA折纸结构为模板构建的金球螺旋手性结构和四聚体金球手性结构，所获得的光学信号强度有了大幅度的提升。