DNA自组装体系的界面化学研究
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摘要
界面效应是自然界普遍存在的现象,而仿生界面的可控性是当前科学界具有挑战性的前沿课题之一。DNA分子是可携带和传递基因代码的生命遗传物质,而DNA纳米技术展现出的碱基配对原则、分子构象的刺激响应性、结构可程序化、空间寻址性和生物活性的可设计性等特性为分子自组装界面的物理化学调控提供了契机。我们将通过DNA配体指导的金属纳米颗粒催化和DNA纳米结构模板指导的化学合成介绍介绍在生物自组装仿生界面化学方面的研究进展。这将从分子自组装角度为纳米界面效应研究提供平台,而且为多种纳米材料体系的合成和功能调控提供研究思路。DNA可非共价地吸附到具有葡萄糖氧化酶催化能力的金纳米颗粒形成配体层。利用DNA分子构象的环境响应性,实现了金纳米颗粒催化行为的程序化逻辑控制。另一方面,以吸附的DNA分子作为手性选择层,通过控制催化环境的变量(如表面配体的互补核酸链浓度,pH或者金属离子类型),实现金纳米颗粒对多种手性单糖底物的手性选择性催化行为的调控,实验表明这源于DNA分子对手性匹配底物的识别作用。进一步的,通过控制配体和底物手性,可实现对金纳米颗粒自催化增长动力学行为的调控。DNA折纸纳米结构具有结构可设计和空间寻址能力。将可催化苯胺聚合的DNA模拟酶与DNA纳米结构模板自组装,发现DNA仿生酶可引导本征态聚苯胺在催化位点周围的模板表面优先生长;在此基础上,通过模拟酶位点的分布,调控聚苯胺纳米材料的几何形状。所合成的聚苯胺材料具有可逆的氧化还原性,并呈现出右手手性,表明与DNA骨架结构紧密缠绕,并且被DNA掺杂,表现出自掺杂性。另一方面,将荧光金属纳米团簇的生长链组装于DNA折纸模板表面,实现对金属纳米图案生长区域的控制,而且模板表面位阻导致特定发光波长的团簇合成。通过对自组装模板构型的控制和产物质谱分析,证实DNA纳米模板影响团簇的合成路径,促进特定组成或尺寸的团簇形成,从而影响其发光性质。
The manipulation of the chemistry of biomimetic interface has been a challenging topic. DNA nanotechnology, which is characteristic of strict base-pairing rules, stimulated conformational response and structural addressability, opens the opportunity to develop interfacial chemistry. In this abstract, we introduce our efforts on the control over the interfacial chemistry based on programmable DNA self-assembly. On one hand, we use DNA molecules as ligands to engineer the glucose-oxidase mimicking gold nanoparticles, enabling the environment responsiveness of the catalytic activities and the chirality-based selectivies. On the other hand, self-assembled DNA nanostructures were used as the templates to fabricate the shape-controlled patterns of conductive polyaniline or fluorescent metal nanoclusters. The chemophysical properties of the templates can be flexibly adjusted to direct the pathways of the chemical reactions, resulting in the tunable conductivity or emissive properties of the products.
引文
1 Zhan,P.F.;Wang,Z.G.*;Li,N.;Ding,B.Q.*ACS Catal 2015,5,1489-1498.
    2 Wang,Z.G.*;Liu,Q.;Ding,B.Q.*Chem Mater 2014,26,3364-3367.
    3 Wang,Z.G.;Ding,B.Q.Accounts Chem Res 2014,47,1654-1662.
    4 Zhan,P.F.;Wang,J.Y.;Wang,Z.G.*;Ding,B.Q.*Small 2014,10,399-406.
    5 Wang,Z.G.*;Zhan,P.F.;Ding,B.Q.*ACS Nano 2013,7,1591-1598.

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