寡聚腺嘌呤核苷酸调控下精确定制金纳米结构的小角X射线散射研究

This study will construct a series of self-assembled gold nanostructures precisely tailored by using DNAs carrying oligo-adenine (oligo-A). These structures include different gold-nanoparticle oligomers, and their derivates resulted from Au reducton and growth reaction. We will deeply investigate their three-dimensional structural characteristics in solution and quantitatively describe their changes during the process of Au growth, mainly by utilizing the small-angle X-ray scattering (SAXS) platform of Shanghai Synchrotron Radiation Facility, with combination of transmission electronic microscopy (TEM). We will discuss the process of Au growth started with different gold oligomers, in order to provide reference for precise preparation of complicated metal nanostructures. More importantly, we will also study the photonic characteristics of these structures (e.g. plasmon coupling and surface-enhanced Raman scattering), and discuss the quantitative relationship between these photonic performance and their structural features. We believe that these studies can be helpful for revealing the inner mechanism behind these photonic effects and shall be valuable for designing, building and optimizing of photonic materials that based on metal nanostructures.

本项目拟研究利用寡聚腺嘌呤核苷酸（寡聚A）构建的一系列精确定制的自组装金纳米结构。这些结构包括不同的纳米金寡聚体结构以及以它们为晶种进行纳米金生长后的结构。我们将主要依托上海同步辐射光源的小角度X射线散射（SAXS）技术平台，并结合透射电子显微镜（TEM）等手段，对这些结构进行深入的表征和分析，以获得它们在溶液环境中的三维结构信息，并定量描述它们的生长过程。通过探讨不同的纳米金寡聚体结构在生长反应前后的结构变化，为复杂金属纳米结构的精确制备提供方法学参考。更重要的是，我们将研究这些纳米结构的光学性质，如表面等离子体耦合效应、表面增强拉曼散射效应等，深入探讨这些光学性质与它们的结构特性之间的量化关系。我们相信，这些研究将有助于进一步揭示纳米材料光学性质背后的物理学机制，为基于金属纳米结构的光学材料的设计、制备和优化提供具有普遍意义的参考。

发展具有精确可控的电学/光学性质的可编程纳米材料近年来一直是材料学、电子学、生物医学等领域的研究热点。在此背景下，本研究计划发展基于寡聚腺嘌呤DNA的纳米金结构组装与结构调控方法，组装精确排布的等离激元纳米结构，并用X射线小角散射（SAXS）分析这些纳米金结构中纳米颗粒的空间排布与生长过程，从而为DNA-纳米金组装结构的性能调控与优化提供依据。该项目取得的主要进展包括：1) 实现了基于寡聚腺嘌呤DNA的纳米金颗粒精确组装，利用X射线小角散射（SAXS）分析揭示了受DNA调控的纳米金颗粒空间距离。2) 搭建了多模式全光谱暗场显微镜并用于纳米金颗粒局域表面等离子共振实时动力学研究。3) 利用寡聚腺嘌呤DNA实现了在金界面上酶分子组装的精确调控，产生了优化的酶催化性能。4）研究了DNA阴离子纳米结构形貌与细胞进入效率的相关性，提出了“尖端攻击”的细胞摄取新模型。上述成果为实现具有精确可控光学性质的DNA-纳米金结构提供了创新的组装方案以及先进的表征与调控工具。本项目发表注明受本项目资助的SCI论文共11篇，其中影响因子大于7的期刊论文9篇，包括Nature Chemistry、ACS Central Science、ACS Nano、ACS Appl. Mater. Interfaces等领域内顶尖期刊。