Adv. Mater.：清华研究者利用折叠DNA实现双亲性分子在水溶液中的二维自组装

【引言】

双亲性分子的二维自组装很大程度上发生在固/液、液/气或液/液界面，通过自发过程形成单层或双层薄膜，如朗缪尔-布洛杰特（Langmuir–Blodgett）薄膜，固体脂质双层和自组装单层。这些都是通过双亲性分子与固体基质之间的强吸附作用甚至形成共价键实现的。但是，在水溶液中实现双亲性分子（既有亲水性又有疏水性）的二维自组装是一个既具有挑战性又有趣的难题。因为从热力学方面分析它一般是不利于形成二维结构，所以双亲性分子在水溶液中通常组装成三维对称封闭结构，如胶束/泡囊或一维纤维/管，以减少自由能。

【成果简介】

近期，清华大学化学系刘冬生教授（通讯作者）等提出使用一种基于折叠DNA的可控框架组件，促使双亲性分子克服在水溶液中进行二维组装的障碍。研究人员提出的策略具体是：利用一组短纤维使长链DNA折叠，形成折叠的DNA框架。由于设计/使用的短纤维序列不同，可以得到不同形状的折叠DNA框架。双亲性分子通过与DNA序列选择性杂交，合理地定位在一个DNA框架上。通过DNA杂交行为锚定在折叠DNA上的以疏水基团（LHGs）为主导的双亲性分子在折叠DNA上形成二维框架缔合分子。在疏水-疏水相互作用的驱动下，更多的双亲性分子将与这个缔合分子结合，从而减少总的自由能，并逐步在折叠DNA上形成同质或异质纳米片。研究人员发现，通过调整疏水基的数目，可以实现对组件大小和形状的精确控制。

【图文导读】

图1 溶液中双亲性分子实现二维自组装流程图

（a）折叠DNA制备与双亲性分子二维自组装；研究人员发现，通过调整疏水基的数目，可以实现对DNA框架组件大小和形状的精确控制

（b）DDOEG分子与DNA结合；DDOEG，一种双亲性分子，由一个疏水性树枝状芳醚基团和八个低聚乙二醇基团组成。

图2 纳米片形成及尺寸控制

（a）纳米片及纳米金粒子对其的进一步修饰；

（b）半尺寸纳米片聚集在折叠DNA上；基于双亲性分子自组装的原理，研究者推断，DNA和亲水性基团组成的纳米片在外面，疏水性基团在中间，形成“DNA–树枝状疏水基团–DNA” 的三明治结构。研究者利用纳米金粒子修饰验证了该推断。

图3 纳米片形状控制

（a）AFM图像和三角形DNA折叠原理图；

（b-d）纳米片分别聚集在折叠DNA的一/二/三个区域。

图4 异质纳米片组装的形状和尺寸控制

（a）AFM图像和矩形异质纳米片剖面分析；

（b）AFM图像和三角形异质纳米片剖面分析；

（c）异质纳米片通过DNA杂交和疏水-疏水作用组装示意图；结果表明，二维可控框架组装是一个普遍适用的方法。

文献链接：Precisely Controlled 2D Free-Floating Nanosheets of Amphiphilic Molecules through Frame-Guided Assembly（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201603210）

该文献汇总由材料人编辑部学术组liangqi Gui供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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