近日，武漢紡織大學材料科學與工程學院姜偉教授團隊在《Nano Letters》期刊上發表了題為“An Alternating-Electric-Field-Driven Assembly of DNA Nanoparticles
into FCC Crystals”的論文。武漢紡織大學省部共建紡織新材料與先進加工技術國家重點實驗室和材料學院為該論文的第一署名單位和通訊單位，材料學院張佳寧博士為論文第一作者，材料學院金晶教授和姜偉教授為論文的共同通訊作者。
DNA由于其骨架上的磷酸基團，具有很強的電負性。在電場的作用下，DNA會沿著電場方向移動，在不同強度的電場作用下，DNA鏈會表現出不同的伸展狀態或保持其原有的雙螺旋結構。然而，目前在電場作用下，驅動DNA功能化金納米粒子（DNA-AuNPs）形成有序結構仍受到多重限制。本文設計了一種對電場敏感的臨界逾滲狀態，該狀態下的DNA-AuNPs組裝體系在電場作用下，可以由無序的聚集態結構轉變為面心立方（FCC）超晶格結構。
圖1 施加電場與無電場條件下DNA-AuNPs組裝分別形成FCC超晶格（左）和無序聚集態（右）
作者設計了由自互補粘性末端構成的單一組分組裝體系，利用交變電場，驅動DNA-AuNPs基元進行組裝。結果發現在4V 300 kHz的電場作用下，DNA-AuNPs會組裝形成FCC超晶格結構。另外，研究人員還利用上海同步輻射光源SAXS設備監測該組裝動力學變化（圖2A-B），發現隨著電場作用時間的延長DNA-AuNPs組裝結構由聚集態逐漸演變成FCC結構（圖2C），這一結果也在二維圖像和SEM圖得到證明（圖2D-E）。
圖2 電場作用不同時間，DNA-AuNPs組裝結構的二維圖像（A,B）和SAXS衍射圖樣（C）以及對應的SEM圖（D,E）
綜上，本文報道了一種基于電場驅動的DNA-AuNPs組裝策略，展示了在不同電場參數（如電壓、頻率等）條件下，DNA-AuNPs基元的組裝行為。論文首次引入具有加和性的電場參數，實現了DNA-AuNPs組裝結構的精確調控，拓寬了構建超晶格結構的方法，同時為創建基于DNA的納米機器和其他電響應智能納米材料提供了可能。
本工作得到了上海光源BL16B1和BL10U1線站的大力支持。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c03167