现代工学院田野教授课题组在DNA框架结构多元结晶方面取得重要进展

发布者:沈允育发布时间:2022-12-15浏览次数:417

  近日,南京大学现代工程与应用科学学院田野教授课题组突破性地同时采用三种不同形状的八面体DNA折纸结构可编程地实现了多种DNA折纸晶体模板,并进一步诱导金纳米颗粒成功获得了38种高度有序的超晶格结构。相关工作以“A universal way to enrich the nanoparticle lattices with polychrome DNA origami “homologs””为题发表在《Science Advances》上[Science Advances, 2022, 8, eadc9755]。

DNA折纸可设计性强且具有优异的客体粒子搭载能力,因此常被用于纳米粒子组装体方面的研究。但是,在目前的纳米粒子三维超晶格领域,研究者往往还只能够采用单一形状的折纸结构来制备用于诱导纳米颗粒结晶的DNA折纸晶体模板,导致折纸晶体模板类型有限,极大地限制了可获得的纳米粒子晶体的种类。因此,进一步丰富折纸晶体模板是实现多样化制备纳米粒子超晶格的必要前提。

图1. 利用三种不同形状的八面体DNA折纸多样化构建纳米粒子超晶格示意图


在本次工作中,我们灵活利用了DNA折纸技术的可编程性,在实验前期合成了三种不同形状的八面体DNA折纸结构,分别是正八面体(R_oct),拉长八面体(E_oct)和部分拉长八面体(P_oct)。这些八面体DNA折纸 “同系物”的顶点处可延伸出特定的粘性末端,来满足组装过程中单体之间的特异性连接,以此实现多种DNA晶体模板的构建。此外,由于本工作中采用的折纸结构具有独特的空腔结构且DNA晶体模板的多单元设计,我们可以选择性地将金纳米粒子锚定在指定折纸的内部以此来制备不同类型的纳米粒子超晶格。在本次工作中,我们一共实现了85种复合超晶格(考虑DNA折纸和纳米粒子)和38种纳米粒子超晶格(只考虑纳米粒子)的构建,极大地丰富了超晶格的数据库,为之后制备具有特殊性质的功能化器件打下了坚实的基础。

图2. 基于不同DNA折纸晶体模板构建的纳米粒子超晶格的扫描电子显微镜表征


南京大学博士研究生季旻和周昭宇为该论文的共同第一作者,南京大学现代工程与应用科学学院田野教授为该论文的通讯作者。南京大学化学化工学院徐伟高教授为本工作提供了重要指导。南京大学生命分析化学国家重点实验室、南京大学固体微结构国家实验室、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室、南京大学化学与生物医药创新研究院、介观化学教育部重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心为本工作的顺利开展提供了重要的平台支持。感谢国家自然科学基金以及江苏省双创团队的资助。此外,上海同步辐射中心和上海国家蛋白质科学研究中心对该研究也给予了重要的技术支持。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9755