DNA编程纳米等离子结构的空间排布
发布时间：2021-03-01 16:39
具有表面等离子体性质（plasmonic）的金属纳米材料在纳米光子学、生物成像、纳米医学等领域都具有广泛的应用。纳米材料的表面等离子体性质与自身的尺寸,形貌,组成和颗粒间耦合效应密切相关。然而,精确调控金属纳米颗粒的几何形貌和空间排布,从而实现具有精确空间构象和定制光学功能等离子体纳米结构仍具有很大的挑战。DNA作为遗传信息的主要载体,目前被广泛应用于多功能纳米材料的研究。近年来随着DNA纳米技术的发展,DNA分子或DNA纳米结构作为模板被广泛应用于调控纳米等离子体结构的组装和生长。正是基于其高度可编程性、序列特异性、长度任意合成性的特点,DNA为纳米颗粒精确空间排布和几何形貌精确调控提供了一个强有力的手段。本论文主要以DNA为模板,研究了等离子体纳米材料的组装和特定形貌金属纳米结构的合成。研究内容主要包括两个部分:第一部分,DNA编码纳米金颗粒表面价键、键能、键长,实现复杂纳米等离子体材料的组装,包括第2章和第3章;第二部分,DNA调控以石墨炔为模板的纳米金结构的生长,实现特定形貌的金属纳米结构的合成,包括第4章。第2章,在构建复杂等离子体纳米结构过程中,纳米金颗粒表面DNA配体的价...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单链DNA为模板调控纳米金结构形貌
DNA编程纳米等离子体结构的空间排布4和内部纳米间隙的AuNNP的原理和方法[32]。他们首先引入了四种不同的DNA序列（HS-A10，HS-C10，HS-G10和HS-T10）来探索DNA碱基如何影响AuNNP结构。他们发现由于不同碱基对纳米金颗粒表面的结合亲和力不同，从而导致附着在AuNP表面的DNA数量不同[35]；而且，纳米金表面吸收的DNA越多，留下的沉积的成核位置就越少，从而核壳结构的间隙越规则。其次，他们还研究了巯基DNA的长度对内部纳米间隙形成的影响，发现接近于Au-S键（内部）的DNA序列控制了最终的AuNNP结构；最后，通过控制AuNP种子上DNA的数量，发现可以在DNA组装密度更高的条件下制备出更具特色的纳米间隙。总的来说，他们的策略提供了一个可定制合成金属纳米结构的技术平台。Fan课题组首先开发了一种单链DNA（ssDNA）介导合成具有内部纳米间隙的金银纳米蘑菇的方法[36]。通过控制AuNPs表面的ssDNA密度，可以精确地调节纳米金结构的纳米间隙，从而获得高稳定性和可重复性的SERS信号增强因子。为了阐明DNA在形成等离激元AuNPs形成过程中，对其尺寸的演变和表面形态变化的作用，Fan课题组在2014年还通过结合透射电子显微镜（TEM）和基于同步加速器的小角X射线散射（SAXS），系统地验证了纳米金等离子体纳米结构的光学性质[33]。他们发现DNA可以精确地控制扇形金纳米结构的生长，这一过程可以通过SAXS进行定量，从而建立了这些等离子体纳米结构的形态与等离子体性质之间的半定量相关性（如图1.1d）。图1.2双链DNA为模板调控纳米金形貌[37]（a）合成示意图。（b）3D纳米金结构Figure1.2Double-strandedDNAtemplatedgoldnanostructuresgrowth.(a)schematicofgrowth.(b)3Dgoldnanostructures.
第1章绪论5除了利用简单的单链DNA作为模板调控纳米金结构的生长，2016年，Sang课题组将具有不同序列的双链DNA（dsDNA）锚定在5-nm纳米金种子上，从而介导AuNP生长成为不同的3D纳米金拓扑结构，例如图钉形，星形，双凹盘状，甚至更复杂的水母和花状纳米结构[37]。通过全原子分子动力学模拟和实时原位纳米等离子体传感研究表明，dsDNA介导金属定向生长的机理主要是由金前体（HAuCl4）浓度的分布梯度驱动造成的。反应底物AuCl4-和NH3OH+离子在dsDNA/Au界面附近相遇，随着金沉积的进行，它们沿着dsDNA支架方向而移动，决定了金属生长的方向特异性。2019年，Sang课题组还利用双链DNA介导合成了带有桥键结构的杆状纳米颗粒。由于其纳米粒子增强了瑞利光散射，能实现高折射率敏感性，并使系统能够监控少量的蛋白质-DNA结合事件而不会产生干扰，实现了DNA单碱基突变检测[38]。1.1.2DNA模具介导纳米颗粒金属化形貌调控具有特定3D形态的金属纳米材料因其独特的各向异性，光学，电磁和机械图1.3DNA模具介导3D纳米金结构合成（a）闭合的空腔DNA折纸模具。（b-c）开放的空腔DNA折纸模具。Figure1.3DNAmoldstemplated3Dgoldnanostructuresgrowth.(a)TheclosedcavityDNAorigamimolds.(b-c)TheopenedDNAorigamimolds.
本文编号：3057747
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单链DNA为模板调控纳米金结构形貌
DNA编程纳米等离子体结构的空间排布4和内部纳米间隙的AuNNP的原理和方法[32]。他们首先引入了四种不同的DNA序列（HS-A10，HS-C10，HS-G10和HS-T10）来探索DNA碱基如何影响AuNNP结构。他们发现由于不同碱基对纳米金颗粒表面的结合亲和力不同，从而导致附着在AuNP表面的DNA数量不同[35]；而且，纳米金表面吸收的DNA越多，留下的沉积的成核位置就越少，从而核壳结构的间隙越规则。其次，他们还研究了巯基DNA的长度对内部纳米间隙形成的影响，发现接近于Au-S键（内部）的DNA序列控制了最终的AuNNP结构；最后，通过控制AuNP种子上DNA的数量，发现可以在DNA组装密度更高的条件下制备出更具特色的纳米间隙。总的来说，他们的策略提供了一个可定制合成金属纳米结构的技术平台。Fan课题组首先开发了一种单链DNA（ssDNA）介导合成具有内部纳米间隙的金银纳米蘑菇的方法[36]。通过控制AuNPs表面的ssDNA密度，可以精确地调节纳米金结构的纳米间隙，从而获得高稳定性和可重复性的SERS信号增强因子。为了阐明DNA在形成等离激元AuNPs形成过程中，对其尺寸的演变和表面形态变化的作用，Fan课题组在2014年还通过结合透射电子显微镜（TEM）和基于同步加速器的小角X射线散射（SAXS），系统地验证了纳米金等离子体纳米结构的光学性质[33]。他们发现DNA可以精确地控制扇形金纳米结构的生长，这一过程可以通过SAXS进行定量，从而建立了这些等离子体纳米结构的形态与等离子体性质之间的半定量相关性（如图1.1d）。图1.2双链DNA为模板调控纳米金形貌[37]（a）合成示意图。（b）3D纳米金结构Figure1.2Double-strandedDNAtemplatedgoldnanostructuresgrowth.(a)schematicofgrowth.(b)3Dgoldnanostructures.
第1章绪论5除了利用简单的单链DNA作为模板调控纳米金结构的生长，2016年，Sang课题组将具有不同序列的双链DNA（dsDNA）锚定在5-nm纳米金种子上，从而介导AuNP生长成为不同的3D纳米金拓扑结构，例如图钉形，星形，双凹盘状，甚至更复杂的水母和花状纳米结构[37]。通过全原子分子动力学模拟和实时原位纳米等离子体传感研究表明，dsDNA介导金属定向生长的机理主要是由金前体（HAuCl4）浓度的分布梯度驱动造成的。反应底物AuCl4-和NH3OH+离子在dsDNA/Au界面附近相遇，随着金沉积的进行，它们沿着dsDNA支架方向而移动，决定了金属生长的方向特异性。2019年，Sang课题组还利用双链DNA介导合成了带有桥键结构的杆状纳米颗粒。由于其纳米粒子增强了瑞利光散射，能实现高折射率敏感性，并使系统能够监控少量的蛋白质-DNA结合事件而不会产生干扰，实现了DNA单碱基突变检测[38]。1.1.2DNA模具介导纳米颗粒金属化形貌调控具有特定3D形态的金属纳米材料因其独特的各向异性，光学，电磁和机械图1.3DNA模具介导3D纳米金结构合成（a）闭合的空腔DNA折纸模具。（b-c）开放的空腔DNA折纸模具。Figure1.3DNAmoldstemplated3Dgoldnanostructuresgrowth.(a)TheclosedcavityDNAorigamimolds.(b-c)TheopenedDNAorigamimolds.
本文编号：3057747
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