近日，武汉纺织大学材料学院姜伟教授团队在《Nano Letters》期刊上发表了题为“An Alternating-Electric-Field-Driven Assembly of DNA Nanoparticles into FCC Crystals”的论文。武汉纺织大学省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室和材料学院为该论文的第一署名单位和通讯单位，材料学院张佳宁博士为论文第一作者，材料学院金晶教授和姜伟教授为论文的共同通讯作者。
DNA由于其骨架上的磷酸基团，具有很强的电负性。在电场的作用下，DNA会沿着电场方向移动，在不同强度的电场作用下，DNA链会表现出不同的伸展状态或保持其原有的双螺旋结构。然而，目前在电场作用下，驱动DNA功能化金纳米粒子（DNA-AuNPs）形成有序结构仍受到多重限制。本文设计了一种对电场敏感的临界逾渗状态，该状态下的DNA-AuNPs组装体系在电场作用下，可以由无序的聚集态结构转变为面心立方（FCC）超晶格结构。
图1 施加电场与无电场条件下DNA-AuNPs组装分别形成FCC超晶格（左）和无序聚集态（右）
作者设计了由自互补粘性末端构成的单一组分组装体系，利用交变电场，驱动DNA-AuNPs基元进行组装。结果发现在4V 300 kHz的电场作用下，DNA-AuNPs会组装形成FCC超晶格结构。另外，研究人员还利用上海同步辐射光源SAXS设备监测该组装动力学变化（图2A-B），发现随着电场作用时间的延长DNA-AuNPs组装结构由聚集态逐渐演变成FCC结构（图2C），这一结果也在二维图像和SEM图得到证明（图2D-E）。
图2 电场作用不同时间，DNA-AuNPs组装结构的二维图像（A，B）和SAXS衍射图样（C）以及对应的SEM图（D，E）
综上，本文报道了一种基于电场驱动的DNA-AuNPs组装策略，展示了在不同电场参数（如电压、频率等）条件下，DNA-AuNPs基元的组装行为。论文首次引入具有加和性的电场参数，实现了DNA-AuNPs组装结构的精确调控，拓宽了构建超晶格结构的方法，同时为创建基于DNA的纳米机器和其他电响应智能纳米材料提供了可能。
本工作得到了上海光源BL16B1和BL10U1线站的大力支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03167
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