导读
实现纳米级别材料的三维有序组装，是合成预期纳米材料研究中非常重要的一步。前人研究中不乏有关于成功组装纳米粒子的报道，然而这些方法大都是特异性的，只能针对一种或一类粒子，尤其对于形状复杂、表面基因各不相同的生物分子，其相容性很差。2020年1月13日，Nature Materials 在线发表了南京大学现代工程与应用科学学院田野教授和哥伦比亚大学Oleg Gang教授基于DNA折纸框架结构在纳米粒子自组装通用平台构建方面的最新研究成果“Ordered three-dimensional nanomaterials using DNA-prescribed and valence-controlled material voxels”。
这里提出了一种具有通用性的组装方式，即使用预设的DNA框架作为空间配位点，来引导不同纳米粒子的三维有序组装。将DNA折叠成具有一定空间结构的三维立体框架，只需要将纳米材料整合到框架之中，就可以利用框架本身的结构——即多面体的顶点进行相互连接——实现纳米材料配位数和空间位置的控制。这种方法合成的晶体，其对称性只与三维的DNA框架结构有关，组装过程不受纳米组件本身的性质（其固有特性、形状差异）等影响，因此具有很好的通用性。实验中金属、半导体纳米粒子以及蛋白质超晶格的组装都证明了这一点。此方法对于制造衍射限光光谱纯度的发光3D阵列以及提高3D酶阵列活性具有重要应用潜力。
下图中展示了整个组装过程的设计思路，纳米粒子，如金纳米粒子（黄色）、不同发射波长的量子点（红色和绿色）以及蛋白质（链霉亲和素、葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶），都可以抽象成一个小球，整合到DNA框架当中。四面体、八面体、立方体形状的DNA框架其配位数分别为4、6、8，这与其各自的形状和顶点个数是对应的。根据各多面体形状的不同，可以在顶点处与其他格点杂交，构成不同的晶型。
图1. DNA作为3D组装位点的示意图：无机（纳米粒子）或生物有机（蛋白质）纳米粒子与DAN框架组装成3D晶格
此工作提出的基于DNA折纸框架结构的三维组装方式，具有极大的广泛性和应用性，对于催化、有机和无机材料，信息存储设备制造等领域的研究有着重大意义。
文章链接
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0550-x
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