成果速递丨西北大学欧阳湘元副教授团队在框架核酸自组装技术方面取得新进展

框架核酸是核酸分子（DNA）通过自组装形成的一维到三维的框架结构, 不仅能精准定位功能基元, 还可在纳米甚至原子级尺度上进行光学和电学等物理性质的调控, 以及在单分子水平进行化学与生化反应的精准调控。利用框架核酸对物质进行原子级的人工自组装,可实现基本构筑单元的精准物理排布与功能化集成,进而实现器件制造,有望推动从原子到宏观的精确功能化材料的制备。

近日我校欧阳湘元副教授团队与上海交通大学、上海大学等高校的科研团队合作，在框架核酸的自组装诱导荧光增强和自组装诱导电化学发光增强方面产出了两项高水平成果，分别在Journal of the American Chemical Society和Angewandte Chemie International Edition上发表。

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1.基于“框架核酸”的自组装诱导荧光增强

研究团队利用“框架核酸”——DNA纳米片和DNA纳米带为模板实现了铜纳米簇(CuNCs)的有序自组装。这种方法不仅简单而快速（10分钟），而且在室温下、水溶液中便能合成不同维度的铜簇组装体结构，该DNA纳米结构具有卓越的空间定位能力和可编程性，可实现金属纳米簇聚集体的精细调控，研究发现该组装体比离散铜纳米簇表现出更强的荧光量子产率（∼62倍）和更好的荧光稳定性。

 铜纳米片和铜纳米带的组装示意图

铜纳米片的自组装增强荧光

值得一提的是研究团队将构建的铜纳米结构作为一种简单、环保的荧光传感器，用于快速检测水溶液中的生物硫醇，相比于早期报道的生物硫醇传感器，检测限降低了1个数量级，表明该研究中所采用的DNA自组装材料在检测分析中具有非常大的应用潜力。

 基于铜纳米带的荧光传感器用于检测生物硫醇

该成果以“Micron-Scale Fabrication of Ultrathin Amorphous Copper Nanosheets Templated by DNA Scaffolds”为题发表在Journal of the American Chemical Society期刊上。西北大学欧阳湘元副教授为第一作者、上海交通大学刘小果教授为本文通讯作者。

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文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12009

02

2.基于“框架核酸”的自组装诱导电化学

发光增强

联合团队利用一种框架核酸——DNA纳米带（DNR）作为模板实现了铜纳米簇（CuNCs）的有序自组装，该DNA纳米带结构具有卓越的空间定位能力和可编程性，可实现金属纳米簇聚集体的精细调控，提高了CuNCs的ECL发光效率，并首次提出了自组装诱导增强ECL（SIEECL）这一概念。

 铜纳米带的自组装诱导增强ECL

研究人员利用DNA纳米技术设计可编程性的DNA纳米带作为模板，原位合成并组装了铜簇纳米带结构（DNR/CuNCs）。通过实验证明，基于DNA纳米带自组装，可加速纳米簇、共反应剂与电极界面的电子转移，并减少能带间隙，从而提高电化学发光效率。该工作为ECL增强提供了一种新的途径，这一策略可以拓展应用到金纳米团簇（AuNCs）、Ru(bpy)32+/TPrA等多种ECL发光团，具有很好的通用性，为ECL生物分析方法提供了新的发展方向。

 铜纳米带的ECL过程示意图

该成果以“ Self-assembly Induced Enhanced Electrochemiluminescence of Copper Nanoclusters Using DNA Nanoribbon Templates”为题发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。西北大学欧阳湘元副教授、研究生吴永莉、李乐和中国科学院的郭琳洁博士为共同第一作者；西北大学欧阳湘元副教授、上海大学王丽华研究员为本文共同通讯作者。

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文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202300893

欧阳湘元副教授团队围绕框架核酸自组装纳米材料合成和分析应用等研究方向，将材料和性能紧密结合起来，持续深化基础机理研究，不断开发材料制备的核心技术，并向实际生物应用进行延伸。团队在Nature Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Small, Anal. Chem., Chem. Commun.等高水平学术期刊上发表论文24篇；授权中国发明专利3项，授权国际专利1项；相关成果已实现转化1项。

来源 / 西北大学欧阳湘元副教授团队

转自：“西大科研”微信公众号

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