上海應物所利用“DNA折紙術”構建等離子體納米結構

　　在納米尺度自下而上構建高度有序且具有奇異光學性質的等離子體結構，一直是納米光子學領域的重要目標。近期，中國科學院上海應用物理研究所的研究人員利用結構精確可控的“DNA折紙術”(DNA origami) 構建了一系列精巧的二維等離子體納米結構。通過巧妙地將納米金粒子來橋連DNA折紙結構，可以像“七巧板”一樣定制出有序的超分子結構材料，并且表現出獨特的表面等離子體耦合效應。相關研究成果發表于Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2966。

　　該工作展示了DNA納米技術與金屬納米材料的結合在構建有序的超分子結構方面的強大能力，為實現更加精細的多功能納米超結構提供了有價值的參考。“DNA折紙術”是一種利用DNA堿基互補配對原則，通過合理設計序列將病毒基因組DNA折疊成任意幾何形狀的有序納米結構的技術。研究者利用該技術已經構建了一系列從一維到三維的DNA納米結構，并在反應器、生物診斷與治療等領域展示了其廣闊的應用潛力。然而，由于受到病毒模板鏈長度的限制，DNA結構的尺寸和復雜度受到較大的制約。而DNA分子本身也缺乏顯著的光學性質，從而限制了其在納米光學領域的應用。

　　上海應物所物理生物學研究室樊春海課題組的博士研究生姚廣保和副研究員李江、晁潔等設計了一種三角形DNA折紙結構，并以特定序列DNA修飾的納米金粒子作為橋梁可控有序地拼裝出一系列復雜結構。通過調節納米金粒子與DNA折紙結構的計量比，可以獲得以納米金粒子為“花心”的帶有可控數目“花瓣”的納米花結構；通過調整折紙結構上的粘性末端DNA的位置，可以調控納米金粒子在DNA折紙結構上的位點，獲得在不同位置組裝有不同大小納米金粒子的結構單元，進而以可預測的方式拼裝出復雜且高度有序的超分子結構。這些超分子結構可以包含十個以上的DNA折紙單元，大小達到微米尺度。通過精確排布超分子結構上納米金粒子的位置，可以產生顯著的等離子體耦合效應。這一納米等離子結構制備新方法有可能在納米光子學、納米生物檢測與成像等領域得到廣泛的應用。

上海應物所利用“DNA折紙術”構建等離子體納米結構