研究进展

物理生物学研究室在基于“DNA折纸术”的等离子体纳米结构研究取得进展

2015/06/11 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

在纳米尺度自下而上构建高度有序且具有奇异光学性质的等离子体结构,一直是纳米光子学领域的重要目标。近期,中国科学院上海应用物理研究所的研究人员利用结构精确可控的“DNA折纸术”(DNA origami) 构建了一系列精巧的二维等离子体纳米结构。通过巧妙地将纳米金粒子来桥连DNA折纸结构,可以像“七巧板”一样定制出有序的超分子结构材料,并且表现出独特的表面等离子体耦合效应。相关研究成果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2966。

该工作展示了DNA纳米技术与金属纳米材料的结合在构建有序的超分子结构方面的强大能力,为实现更加精细的多功能纳米超结构提供了有价值的参考。“DNA折纸术”是一种利用DNA碱基互补配对原则,通过合理设计序列将病毒基因组DNA折叠成任意几何形状的有序纳米结构的技术。研究者利用该技术已经构建了一系列从一维到三维的DNA纳米结构,并在反应器、生物诊断与治疗等领域展示了其广阔的应用潜力。然而,由于受到病毒模板链长度的限制,DNA结构的尺寸和复杂度受到较大的制约。而DNA分子本身也缺乏显著的光学性质,从而限制了其在纳米光学领域的应用。

上海应用物理研究所物理生物学研究室樊春海课题组的博士研究生姚广保和李江、晁洁副研究员等设计了一种三角形DNA折纸结构,并以特定序列DNA修饰的纳米金粒子作为桥梁可控有序地拼装出一系列复杂结构。通过调节纳米金粒子与DNA折纸结构的计量比,可以获得以纳米金粒子为“花心”的带有可控数目“花瓣”的纳米花结构;通过调整折纸结构上的粘性末端DNA的位置,可以调控纳米金粒子在DNA折纸结构上的位点,获得在不同位置组装有不同大小纳米金粒子的结构单元,进而以可预测的方式拼装出复杂且高度有序的超分子结构。这些超分子结构可以包含十个以上的DNA折纸单元,大小达到微米尺度。通过精确排布超分子结构上纳米金粒子的位置,可以产生显著的等离子体耦合效应。这一纳米等离子结构制备新方法有可能在纳米光子学、纳米生物检测与成像等领域得到广泛的应用。(物理生物学研究室 供稿)