近日，南京大学现代工程与应用科学学院田野教授课题组突破性地同时采用三种不同形状的八面体DNA折纸结构可编程地实现了多种DNA折纸晶体模板，并进一步诱导金纳米颗粒成功获得了38种高度有序的超晶格结构。相关工作以“A universal way to enrich the nanoparticle lattices with polychrome DNA origami “homologs””为题发表在《Science Advances》上[Science Advances, 2022, 8, eadc9755]。
        DNA折纸可设计性强且具有优异的客体粒子搭载能力，因此常被用于纳米粒子组装体方面的研究。但是，在目前的纳米粒子三维超晶格领域，研究者往往还只能够采用单一形状的折纸结构来制备用于诱导纳米颗粒结晶的DNA折纸晶体模板，导致折纸晶体模板类型有限，极大地限制了可获得的纳米粒子晶体的种类。因此，进一步丰富折纸晶体模板是实现多样化制备纳米粒子超晶格的必要前提。

图1. 利用三种不同形状的八面体DNA折纸多样化构建纳米粒子超晶格示意图

       在本次工作中，我们灵活利用了DNA折纸技术的可编程性，在实验前期合成了三种不同形状的八面体DNA折纸结构，分别是正八面体（R_oct），拉长八面体（E_oct）和部分拉长八面体（P_oct）。这些八面体DNA折纸 “同系物”的顶点处可延伸出特定的粘性末端，来满足组装过程中单体之间的特异性连接，以此实现多种DNA晶体模板的构建。此外，由于本工作中采用的折纸结构具有独特的空腔结构且DNA晶体模板的多单元设计，我们可以选择性地将金纳米粒子锚定在指定折纸的内部以此来制备不同类型的纳米粒子超晶格。在本次工作中，我们一共实现了85种复合超晶格（考虑DNA折纸和纳米粒子）和38种纳米粒子超晶格（只考虑纳米粒子）的构建，极大地丰富了超晶格的数据库，为之后制备具有特殊性质的功能化器件打下了坚实的基础。
      南京大学博士研究生季旻和周昭宇为该论文的共同第一作者，南京大学现代工程与应用科学学院田野教授为该论文的通讯作者。南京大学化学化工学院徐伟高教授为本工作提供了重要指导。南京大学生命分析化学国家重点实验室、南京大学固体微结构国家实验室、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室、南京大学化学与生物医药创新研究院、介观化学教育部重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心为本工作的顺利开展提供了重要的平台支持。感谢国家自然科学基金以及江苏省双创团队的资助。此外，上海同步辐射中心和上海国家蛋白质科学研究中心对该研究也给予了重要的技术支持。
       论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9755。

基于DNA晶体结构的纳米材料三维有序组装体
批准号        21971109       
项目负责人        田野       
依托单位        南京大学
资助金额        65.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

题   目：基于精准化学理念的胶体三维有序结构的构建与应用
报  告  人：田野 教授（南京大学）
时   间：2019年9月27日（星期五）上午10:30-12:30
地   点：国家纳米科学中心南楼二层会议室
邀  请  人：段鹏飞 研究员


报告摘要：在科学技术飞速发展的今天，精准科技理念已深入人心。然而，对于胶体尺度的材料，包括无机纳米颗粒，生物大分子等的三维精准构建并没有太多普适性的方式。报告人提供了一种基于DNA折纸框架结构的溶液相组装模式，通过DNA结构在三维层面上的精准组装，可为进一步控制胶体粒子的组装模式提供一种普适性的模板，其精准度可达1-2纳米。这种技术的发展为癌症精准诊疗技术，新型酶富集型反应器，精准纳米制造，手性超材料等领域提供一种新的思路。


报告人简介：田野，男，江苏南通人，博士，南京大学现代工程与应用科学学院教授，博士研究生导师，中组部“高层次人才计划青年项目入选者”，江苏省“双创人才”。近两年来，先后共主持和参与各类科研项目10余项，其中包括国家自然科学基金2项和江苏省科技厅及人社厅项目3项等。报告人在胶体的有序可控自组装，胶体的三维超晶格体系的构建，胶体的等离子效应以及手性结构方面的应用等领域都做出了重要的研究成果。迄今为止，报告人共发表论文及专利20余篇，包括以第一作者身份发表在Nature Materials, Nature Nanotechnology等国际顶级期刊上的多篇文章。其中，报告人发表的多篇文章被多家科学媒体和学术期刊（Phys.org, Science Daily, Materials Today, Nanotechnology Now, Newswise, Nanowerk, Innovations Report等等）专门撰文报道。