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发布时间:2019-12-02

  表界面化学反应是在物质两相之间的界面上发生的物理化学过程,通过限制反应物的构象、取向及选择性,可以控制化学反应的活性中心及速率,在物理化学及相关领域起着重要的作用。金属及金属氧化物的图案化制备为构筑纳米催化系统以及构建光学和电子学器件提供基础。因此,利用表界面化学反应引导金属及金属氧化物的定位生长以及复杂图案化定制具有重要意义。 

  DNA纳米结构由于其强大的可编程性,可以制备得到可设计的二维以及三维的纳米结构,编码了大量物理和化学信息的自组装DNA纳米结构,为揭示和调控表面化学过程提供了一个有效的平台。利用DNA纳米结构的表面可寻址性可以实现无机纳米材料的精确组装以及可控生长。目前基于DNA纳米技术实现无机金属材料的生长及组装主要有两种方法:一是基于DNA骨架上带负电的磷酸基团,通过静电吸附金属阳离子,通过后续的还原反应实现DNA纳米结构上金属的原位生长。由于DNA骨架上遍布磷酸基团,这种方法缺乏可寻址性,无法实现纳米材料的位点可控的定位生长;二是基于DNA碱基互补原则,通过金属纳米材料表面的功能化,实现金属纳米材料在DNA结构上位点可控的自组装。由于可以实现功能化的金属种类有限,一些金属无法通过这种方式实现在DNA纳米结构上的定位组装,同时还会产生大量的副产物。因此,急需一种全新的方法实现DNA自组装结构上位点可控的纳米材料的生长。 

  丁宝全课题组提出一种全新的策略可以实现多种金属及金属氧化物在DNA纳米结构表面的位点可控生长。该方法利用巯基与多种金属较强的配位作用将带有巯基的DNA延伸链位点特异性的排布于DNA折纸结构上,通过引入金属前驱体,在DNA纳米结构的表面,优先选择性的吸附在巯基位点上,经过后续的氧化还原反应从而可以实现图案化定制的金属及金属氧化物的生长。本方法可以实现钯,钴,镍,银,金以及三氧化二铁纳米团簇的定位可控生长。并且利用该方法的原理可以推广到其他与金属有强相互作用的基团从而扩大可控定位生长金属及氧化物的种类。该方法为精确图案化的金属及金属氧化物的生长提供了一种全新的策略,并且可以极大的促进定制化的功能化纳米结构体系的发展。该研究成果以“Precise Organization of Metal and Metal Oxide Nanoclusters into Arbitrary Patterns on DNA Origami”为题被J. Am. Chem. Soc.杂志在线发表(J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 17968-17972.)。 

  论文由国家纳米科学中心助理研究员李娜和博士研究生尚颖旭作为共同第一作者,通讯作者为丁宝全研究员。该研究得到了国家自然基金委、创新研究团队科学基金和中科院前沿科学重点研究计划等项目的支持。 

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                                                                   1. DNA折纸结构引导的图案化定制金属及金属氧化物的示意图

  

                                                           2. DNA折纸结构引导的图案化钯及三氧化二铁纳米团簇的原子力显微镜图