以肾功能为导向的DNA-金属纳米团簇程序可控自组装研究

DNA-metal nanocluster self-assembly element plays an important role in constructing novel, well-organized, large-sized, and multiple-functioned materials and revealing the nature and coordination characteristics of particles' weak bond assembly. However, so far studies on the weak-bond assembly of DNA-metal nanoclusters and its biological function-oriented property are still rare, which is only on the initial exploration stage and further limit its scale-up fabrication and extensive application. In the project, based on kinetics and characteristics of weak-bond assembly, DNA-metal-nanocluster self-assembly with kidney-guided function will be obtained through using DNA-metal nanocluster as self-assemble elements and designing DNA and kidney-function-guided biological molecules. Kinetics and characteristics of the weak-bond assembly of DNA-metal nanocluster elements will be comprehensively studied, thus finding the effective methods of program-controllable and patterned self-assembly of DNA-metal nanocluster elements, and developing new methods and technologies of self-assembly between nanoparticle and biology. Meanwhile, this project will study the kidney-function guiding of DNA-metal nanocluster self-assembly, thus finding the effective method to realize renal function guiding, develop novel system of self-assembly with specific biological function guiding, lay the theoretical and experimental basis for exploring DNA-metal nanocluster self-assembly and its kidney-function-oriented materials.

DNA-金属纳米团簇基元在构筑新型、有序、大尺寸、多功能材料和揭示粒子弱键组装的本质和协同规律方面具有非常重要的作用。但迄今为止，有关DNA-金属纳米团簇基元的弱键组装及其生物功能导向研究仍很缺乏，仅处于初期探索阶段，制约着它的批量制备和广泛应用。本项目基于弱键组装的动力学和规律性，以DNA-金属纳米团簇为组装基元，通过设计DNA和具有肾功能导向的生物分子，改变组装和偶联的条件，获得具有肾功能导向的DNA-金属纳米团簇组装体。系统研究DNA-金属纳米团簇基元弱键组装的动力学和规律性，寻找DNA-金属纳米团簇基元程序可控和图案化组装的有效方法，发展纳米生物组装的新方法和新技术；系统研究DNA-金属纳米团簇组装体的肾功能导向性，找到实现DNA-金属纳米团簇组装体肾功能导向的有效方法，发展具有特定生物功能导向的自组装新体系，为开发DNA-金属纳米团簇组装材料及其肾功能导向材料奠定理论和实验基础。

金属纳米粒子或团簇和聚合物分子基元组装在构筑新型、有序、大尺寸、多功能材料和揭示粒子弱键组装的本质和协同规律方面具有非常重要的作用。但迄今为止，有关金属纳米粒子或团簇和聚合物分子基元的弱键组装及其组装体生物功能导向和修复的研究仍很缺乏，仅处于初期探索阶段。本项目基于弱键组装的动力学和规律性，以金属纳米粒子或金属纳米团簇和聚合物分子为基元，通过弱键（如静电力、π-π键、氢键和配位键等弱相互作用力），研究了中间修饰双巯基（含烷基链）DNA分子组装法获得图案化（从零维到一维再到二维金属）可控的金纳米粒子或团簇程序可控组装体及其在表面增强拉曼方面的应用；研究了金属离子诱导配位组装方法获得具有pH值可控“开/关”系统的金纳米团簇组装体及其在肿瘤识别和成像方面的应用；研究了双巯基互补双链DNA分子组装法获得图案化（从零维到一维再到二维金属）可控的金纳米粒子程序可控组装体；研究了DNA程序可控自组装制备出在生理盐水和血浆有很好稳定性且生物相容性很好的“卫星”状金纳米组装体，并实现其肾功能导向；研究了聚合物分子程序可控自组装制备具有肾功能导向和动物活体适配性好的负电、多孔聚合物薄膜组装体及其肾小球和肾修复应用。系统研究了金属纳米粒子或团簇弱键组装的动力学和规律性，找到了金属纳米粒子或团簇基元程序可控和图案化组装的有效方法；系统研究了金属纳米粒子或团簇组装体的肾功能导向性，找到了实现金属纳米粒子或团簇组装体肾功能导向的有效方法；系统研究了聚合物分子弱键组装的动力学和规律性，找到了实现聚合物分子程序可控组装的有效方法，实现了聚合物分子组装体的肾功能导向及其肾小球和肾修复。在本项目的资助下，目前已在国内外学术期刊发表论文18篇，其中SCI论文12篇，包括发表在一区的SCI论文1篇，二区Top Journal的SCI论文7篇，三区的SCI论文3篇。同时，已投稿SCI论文1篇，还有7篇SCI论文正在准备投稿中；申请了中国发明专利2件，其中已授权1件。随着本项目的开展，对纳米粒子或团簇和聚合物分子的弱键组装的认识和应用将有重要的促进作用，对自组装密切相关的学科将产生重要的影响，发展了纳米生物组装的新方法和新技术，发展了具有特定生物功能导向及其修复的自组装新体系，为开发金属纳米粒子或团簇和聚合物分子组装材料及其肾功能导向与修复材料奠定理论和实验基础。