近日，國家納米科學中心丁寶全課題組在利用DNA自組裝結構調控圖案化二氧化矽定位合成方面取得新進展。相關研究成果以Site-specific Synthesis of Silica Nanostructures on DNA OrigAmi Templates 為題目在線發表于《先進材料》(Advanced Materials2020, DOI: 10.1002/adma.202000294)。

二氧化矽是一種自然界常見的無機非金屬材料，在生物礦化以及納米材料構築領域有着廣泛的應用。如何制備具有特定尺寸且形貌可控的二氧化矽納米結構，是納米科學領域的難點問題之一。DNA自組裝結構具有強大的可編程性和精确的定位修飾特點，是構築二氧化矽納米結構的有力工具。已報道的利用DNA為模闆引導合成二氧化矽納米結構的工作，是利用DNA結構表面帶負電荷的磷酸骨架與帶正電荷的矽氧烷前驅體相互作用，使前驅體沿DNA結構骨架或表面水解，最終形成包覆整個DNA納米結構表面的二氧化矽結構。這種全包裹的方法會導緻DNA結構失去其重要的表面定位功能修飾的特點，後續多組分複雜結構的構建會非常困難。因此，如何實現自組裝結構表面二氧化矽的可控定位合成是一項重要挑戰。

在前期工作中，丁寶全課題組通過調控DNA自組裝結構表面指定位點的分子間作用，成功實現了二維金屬片、金屬及金屬氧化物圖案的可控排布（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 2846;J. Am. Chem. Soc. 2019,141, 17968）。在此工作的基礎上，丁寶全課題組提出了一種新穎的二氧化矽可控定位合成策略。研究發現，相比于DNA納米結構表面緊密堆積的DNA雙螺旋陣列，延伸出表面的DNA雙鍊具有更大的結構靈活性以及較低的局部陽離子濃度，更易與帶正電荷的矽氧烷前驅體結合。利用這一性質，通過在DNA自組裝結構表面的特定位點延伸出DNA雙鍊，使矽氧烷前驅體與延伸雙鍊及DNA納米結構模闆的分子間作用力産生差異，并通過表界面化學反應條件的精确調控，成功實現了二氧化矽選擇性的生長在延伸的雙鍊上，而不包裹DNA納米結構模闆。這一方法充分利用了DNA自組裝結構的定位修飾的特點，實現了二氧化矽納米結構定位生長。二氧化矽納米結構形成後，DNA模闆表面未參與二氧化矽合成的位點，仍然具有定位功能化修飾的特點。利用這一點，研究人員實現了二氧化矽圖案附近金納米顆粒的定位組裝。這種方法可以用于多個功能組分與無機非金屬納米材料複合結構的可控制備，為後續進一步構築複雜的納米功能體系奠定了基礎。

國家納米中心博士研究生尚穎旭和助理研究員李娜為論文的共同第一作者，研究員丁寶全為通訊作者。該項目得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究計劃等的支持。

圖1. DNA自組裝結構引導的二氧化矽納米結構位點可控合成示意圖。

圖2. （a）利用多種DNA折紙結構模闆實現二氧化矽納米結構的圖案化定制合成；（b）利用三角形DNA折紙結構模闆構建二氧化矽-金球複合結構，為實現進一步功能體系的構築提供可能。

來源：中國科學院國家納米科學中心

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