DNA折纸结构模板引导的金属和半导体纳米粒子精确自组装结构及其在等离子体器件与灵敏检测中的应用

DNA为基础的自组装技术能够提供特别的方法来制备大量传统方法无法做到的复杂纳米级图案。我们将把不同粒径的功能化修饰过的金及银的纳米粒子通过不同组合准确的定位在DNA折纸技术构建的模板之上。通过ＤＮＡ模板我们将调整组装结构的空间几何形状同时控制粒子间距达到小于１０纳米的尺寸，从而研究金属纳米粒子构建的纳米结构的等离子体共振效应。我们也将利用DNA模板将量子点与其他发光分子有效的置于金属纳米粒子的组合当中来研究金属纳米粒子构成的等离子体结构对发光性能的影响。进而尝试构建高效的纳米级发光器件与高灵敏度的表面增强拉曼检测。

无机纳米材料和DNA纳米材料是目前材料研究领域的两个研究热点。金属纳米粒子组装体的等离子共振效应和材质、粒子尺寸和拓扑结构具有重要的关系。如何精确调整这些无机纳米材料组装结构的空间构型是目前亟待解决的问题之一,DNA模板为这一问题提供了强有力的依据。本项目利用DNA折纸纳米材料作为自组装模板，精确控制生物编码的贵金属纳米粒子自组装过程。主要完成了如下工作：.1.基于DNA组装的金-钯双金属卫星结构的纳米传感器。我们以金纳米棒为中心体，在其表面修饰上硫醇化的DNA单链作为保护，加入与其互补的、带有硫醇修饰的DNA序列，通过退火使二者杂交到一起，然后加入醋酸钯溶液，溶液中的钯离子会吸附在金纳米棒表面游离的巯基上，经硼氢化钠溶液还原为3至5纳米的颗粒，由此得到金-钯双金属卫星结构。基于钯纳米颗粒的催化活性，随着氢气浓度的提高，卫星组装结构的暗场散射光谱会产生不同程度的变化，以此成功的构建了氢气的纳米传感器。.2.DNA折纸结构引导的金纳米棒和量子点的自组装。我们利用三角形DNA纳米折纸结构作为模板，在其中一条边上设计了并排的两个金纳米棒的结合位点，同时在两个结合位点的中间设计了一个量子点的结合位点，前者依靠DNA双螺旋结构的杂交进行组装，后者依靠生物素和链霉亲合素的特异性结合进行组装。通过琼脂糖凝胶电泳、原子力显微镜和透射电子显微镜对其进行了表征，证明结构组装成功。接下来我们对组装结构的光学性能进行了测定。.3.DNA折纸结构引导的二聚等离子共振纳米结构自组装。为了增强三维手性结构的光学信号，我们利用矩形DNA折纸纳米结构作为模板，组装表面包覆DNA的金纳米颗粒，基于DNA折纸结构的可寻址性，我们对两个位点的间距、取向进行了调整，从而构建了不同的二聚等离子共振纳米结构自组装体。利用圆二色光谱仪对上述组装体的手性信号进行了检测，其光学性能突出，所获得的光学信号也与理论计算很好的吻合。.4.以DNA折纸结构为模板的银纳米球二聚体自组装及其在拉曼检测方向的应用。我们利用三角形DNA折纸结构作为模板，在其一条边的上下两面分别设计了一个捕获位点，用于组装银纳米颗粒；经水相和油相合成两种手段合成的银纳米颗粒，以硫代修饰的DNA寡核酸序列对其进行修饰，两者经过退火程序组装到一起。我们以核酸染料SYBR GOLD作为荧光探针，利用拉曼光谱仪检测组装结构对其拉曼信号的增强作用。