近日，武漢紡織大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院姜偉教授團(tuán)隊(duì)在《Nano Letters》期刊上發(fā)表了題為“An Alternating-Electric-Field-Driven Assembly of DNA Nanoparticles
into FCC Crystals”的論文。武漢紡織大學(xué)省部共建紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料學(xué)院為該論文的第一署名單位和通訊單位，材料學(xué)院張佳寧博士為論文第一作者，材料學(xué)院金晶教授和姜偉教授為論文的共同通訊作者。
DNA由于其骨架上的磷酸基團(tuán)，具有很強(qiáng)的電負(fù)性。在電場(chǎng)的作用下，DNA會(huì)沿著電場(chǎng)方向移動(dòng)，在不同強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，DNA鏈會(huì)表現(xiàn)出不同的伸展?fàn)顟B(tài)或保持其原有的雙螺旋結(jié)構(gòu)。然而，目前在電場(chǎng)作用下，驅(qū)動(dòng)DNA功能化金納米粒子（DNA-AuNPs）形成有序結(jié)構(gòu)仍受到多重限制。本文設(shè)計(jì)了一種對(duì)電場(chǎng)敏感的臨界逾滲狀態(tài)，該狀態(tài)下的DNA-AuNPs組裝體系在電場(chǎng)作用下，可以由無(wú)序的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎剑‵CC）超晶格結(jié)構(gòu)。
圖1 施加電場(chǎng)與無(wú)電場(chǎng)條件下DNA-AuNPs組裝分別形成FCC超晶格（左）和無(wú)序聚集態(tài)（右）
作者設(shè)計(jì)了由自互補(bǔ)粘性末端構(gòu)成的單一組分組裝體系，利用交變電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)DNA-AuNPs基元進(jìn)行組裝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在4V 300 kHz的電場(chǎng)作用下，DNA-AuNPs會(huì)組裝形成FCC超晶格結(jié)構(gòu)。另外，研究人員還利用上海同步輻射光源SAXS設(shè)備監(jiān)測(cè)該組裝動(dòng)力學(xué)變化（圖2A-B），發(fā)現(xiàn)隨著電場(chǎng)作用時(shí)間的延長(zhǎng)DNA-AuNPs組裝結(jié)構(gòu)由聚集態(tài)逐漸演變成FCC結(jié)構(gòu)（圖2C），這一結(jié)果也在二維圖像和SEM圖得到證明（圖2D-E）。
圖2 電場(chǎng)作用不同時(shí)間，DNA-AuNPs組裝結(jié)構(gòu)的二維圖像（A,B）和SAXS衍射圖樣（C）以及對(duì)應(yīng)的SEM圖（D,E）
綜上，本文報(bào)道了一種基于電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的DNA-AuNPs組裝策略，展示了在不同電場(chǎng)參數(shù)（如電壓、頻率等）條件下，DNA-AuNPs基元的組裝行為。論文首次引入具有加和性的電場(chǎng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了DNA-AuNPs組裝結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，拓寬了構(gòu)建超晶格結(jié)構(gòu)的方法，同時(shí)為創(chuàng)建基于DNA的納米機(jī)器和其他電響應(yīng)智能納米材料提供了可能。
本工作得到了上海光源BL16B1和BL10U1線站的大力支持。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03167