美国西北大学Science：通过模板约束和DNA调控实现纳米粒子有序点阵组装

【引言】

DNA在纳米粒子组装构建高度有序材料中被广泛应用。通过DNA特定序列之间的相互作用，可调控纳米粒子组成多种结构，包括大于30种不同的点阵对称结构；可调控的纳米粒子间距从3nm以内到130nm以外。与纳米粒子在溶液中的多种组装结构相比，DNA调控的纳米粒子的表面组装只有十分有限的几种结构。不仅如此，目前，包括DNA调控在内的纳米粒子组装技术在纳米粒子表面组装上的表现也差强人意。其在形成二维和三维的扩展晶格时，在形成的独立纳米结构中所涉及的纳米粒子大小、形状和组份等问题上不能明确地解释。目前，快速、精准且可控地调控纳米粒子在较大的表面上组装形成所预期的二维或三维结构，且能对其大小、形状和组份明确解释的纳米粒子组装技术依然匮乏。

【成果简介】

近日，由美国西北大学的Vinayak P. Dravid、Koray Aydin和Chad A. Mirkin三位教授合作，在Science上发表了题为“Building Superlattices from Individual Nanoparticles via Template-Confined DNA-Mediated Assembly”的文章。在该工作中，作者将300 nm厚的PMMA粘在镀金的硅片表面，再用电子束光刻（EBL）在PMMA上形成有序的孔状阵列。孔底部暴露的金表面致密地修饰了带有黏性末端的DNA序列。金纳米粒子表面也修饰了带有黏性末端的DNA序列。这些修饰了DNA的金纳米粒子在PMMA孔底部的金表面上，通过黏性末端的碱基互补配对作用，进行层层组装。这种以PMMA为模板、DNA调控的纳米粒子组装技术，可以控制纳米粒子在每一种组装结构中的排列、间隔和序列；并以此来实现可调控的宽频吸收。除此之外，这种组装技术可以形成其他组装技术所不能形成的响应型等离子体纳米结构。

【图文导读】

图1 以PMMA为模板、DNA调控的可重构的纳米粒子组装示意图

图2 以PMMA为模板、DNA调控的纳米粒子单层组装

(A) 圆形结构组装；

(B) 方形结构组装；

(C) 三角形结构组装。

图3 两层、三层纳米粒子组装结构

(A) 不同组装结构的SEM图；

(B) 大区域的碟形-方形-球形纳米组装结构SEM图；

(C) 掠入射小角x衍射；

(D) 碟形-方形-球形纳米组装结构的缺陷。

图4 可重构的光学性质

(A) 近似模拟示意图；

(B) 16、10、8、6和4nm带隙长度的碟形-方形-球形组装结构吸收光谱的FDTD模拟；

(C) 电场分布的FDTD模拟。（左）16nm 带宽；（右）4nm 带宽；

(D) 碟形-方形-球形纳米组装结构截面SEM图；

(E) 碟形-方形-球形组装结构在不同乙醇含量水溶液中的吸收光谱；

(H) 碟形-方形-球形组装结构在0%乙醇水溶液和80%乙醇水溶液5次循环浸润的吸收光谱。

【小结】

该工作介绍了一种以PMMA为模板、DNA调控的新型纳米粒子组装技术。这种组装技术可以控制纳米粒子在每一种组装结构中的排列、间隔和序列；并以此来实现可调控的宽频吸收。除此之外，这种组装技术可以形成其他组装技术所不能形成的响应型等离子体纳米结构。

文献链接：Building superlattices from individual nanoparticles via template-confined DNA-mediated assembly.（Science，2018，DOI：10.1126/science.aaq0591）

本文由材料人高分子和生物学术组Gaxy供稿，材料牛审核整理。

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