DNA納米技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的納米表面精準(zhǔn)調(diào)控與手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑研究一、引言1.1研究背景在當(dāng)今納米科技飛速發(fā)展的時(shí)代，DNA納米技術(shù)、納米表面精準(zhǔn)調(diào)控以及手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑已成為備受矚目的前沿領(lǐng)域，它們在眾多科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中展現(xiàn)出了巨大的潛力和重要價(jià)值。DNA納米技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，成為了納米科技領(lǐng)域的一顆璀璨明星。DNA作為一種天然的生物大分子，具有高度精確的堿基互補(bǔ)配對特性，這使得它能夠按照預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)進(jìn)行自組裝，形成各種形狀和功能的納米結(jié)構(gòu)。這種可編程性和精確性是其他材料難以比擬的，為納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建提供了前所未有的精準(zhǔn)度和可控性。通過巧妙設(shè)計(jì)DNA序列，科學(xué)家們能夠創(chuàng)造出如DNA納米管、DNA納米籠、DNA折紙等復(fù)雜而精致的納米結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在尺寸和形狀上具有極高的精確性，誤差可控制在納米級別。同時(shí)，DNA納米技術(shù)還具有良好的生物相容性，這使得它在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，在藥物遞送方面，DNA納米結(jié)構(gòu)可以作為精準(zhǔn)的藥物載體，將藥物準(zhǔn)確地輸送到病變部位，提高治療效果并減少對健康組織的損害；在生物傳感領(lǐng)域，基于DNA納米技術(shù)構(gòu)建的傳感器能夠?qū)ι锓肿舆M(jìn)行高靈敏度和高特異性的檢測，為疾病診斷和生物分析提供了有力的工具。納米表面精準(zhǔn)調(diào)控是納米科技領(lǐng)域的另一個(gè)關(guān)鍵方向，對于優(yōu)化材料性能和拓展應(yīng)用范圍具有舉足輕重的意義。在納米尺度下，材料的表面性質(zhì)對其整體性能起著決定性作用。通過精準(zhǔn)調(diào)控納米表面的結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對材料光學(xué)、電學(xué)、催化等性能的精細(xì)調(diào)控。例如，通過在納米表面引入特定的官能團(tuán)或修飾層，可以改變其表面的電荷分布、親疏水性和化學(xué)反應(yīng)活性，從而實(shí)現(xiàn)對材料與周圍環(huán)境相互作用的精確控制。在催化領(lǐng)域，納米表面的精準(zhǔn)調(diào)控可以提高催化劑的活性和選擇性，降低反應(yīng)的活化能，使得化學(xué)反應(yīng)能夠更加高效、綠色地進(jìn)行；在電子學(xué)領(lǐng)域，對納米表面的精確修飾可以改善電子傳輸性能，提高電子器件的性能和穩(wěn)定性。手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑是一個(gè)新興且充滿活力的研究領(lǐng)域，在光學(xué)、傳感和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用潛力。手性是自然界中普遍存在的一種幾何特性，它描述了物體與其鏡像不能完全重合的性質(zhì)。手性等離子體超結(jié)構(gòu)是由金屬納米結(jié)構(gòu)組成的具有手性特征的體系，當(dāng)光與這些結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光學(xué)手性響應(yīng)，表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，如圓二色性和光學(xué)旋轉(zhuǎn)等。這些特殊的光學(xué)性質(zhì)使得手性等離子體超結(jié)構(gòu)在圓偏振光探測、手性分子傳感和不對稱催化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在生物醫(yī)學(xué)檢測中，手性等離子體超結(jié)構(gòu)可以利用其對不同手性分子的特異性響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測和分析，為疾病的早期診斷提供新的方法和手段；在光學(xué)通信領(lǐng)域，基于手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件可以實(shí)現(xiàn)對光的偏振態(tài)的精確控制，為高速、高效的光通信提供技術(shù)支持。1.2研究現(xiàn)狀近年來，DNA納米技術(shù)取得了長足的進(jìn)展，在結(jié)構(gòu)構(gòu)建與應(yīng)用拓展方面成果豐碩。在結(jié)構(gòu)構(gòu)建上，科學(xué)家們不斷創(chuàng)新，開發(fā)出了多種新穎的DNA納米結(jié)構(gòu)。除了常見的DNA納米管、納米籠和折紙結(jié)構(gòu)外，還出現(xiàn)了三維DNA晶格、DNA納米花等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如，通過巧妙設(shè)計(jì)DNA序列和自組裝條件，成功制備出具有高穩(wěn)定性和精確結(jié)構(gòu)的三維DNA晶格，其在空間上呈現(xiàn)出規(guī)則的周期性排列，為構(gòu)建更加復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。在應(yīng)用方面，DNA納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深入。在藥物遞送方面，除了傳統(tǒng)的將藥物分子負(fù)載于DNA納米結(jié)構(gòu)上進(jìn)行靶向遞送，還發(fā)展出了響應(yīng)性藥物遞送系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠根據(jù)病變部位的特定環(huán)境信號，如pH值、溫度、酶濃度等，實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)釋放，大大提高了藥物治療的效果和安全性。在生物傳感領(lǐng)域，基于DNA納米技術(shù)的新型傳感器不斷涌現(xiàn)，如利用DNA納米結(jié)構(gòu)的特異性識別能力和信號放大機(jī)制，開發(fā)出的高靈敏度生物傳感器，能夠?qū)哿康纳锓肿舆M(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測，在疾病早期診斷和生物分析中發(fā)揮著重要作用。此外，DNA納米技術(shù)在納米光子學(xué)、納米電子學(xué)等領(lǐng)域也開始嶄露頭角，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的思路和方法。納米表面精準(zhǔn)調(diào)控領(lǐng)域同樣取得了顯著的研究成果，在調(diào)控方法與性能優(yōu)化方面不斷突破。在調(diào)控方法上，發(fā)展了多種先進(jìn)的技術(shù)手段。例如，原子層沉積（ALD）技術(shù)能夠在納米表面逐層精確地沉積原子或分子，實(shí)現(xiàn)對表面結(jié)構(gòu)和組成的原子級精準(zhǔn)控制，通過精確控制沉積的層數(shù)和材料，可以制備出具有特定功能的納米薄膜，如高介電常數(shù)薄膜、催化活性薄膜等。分子自組裝技術(shù)則利用分子間的相互作用力，在納米表面自發(fā)形成有序的分子層，通過選擇不同的分子和自組裝條件，可以實(shí)現(xiàn)對納米表面性質(zhì)的定制化調(diào)控，如改變表面的親疏水性、電荷分布等。在性能優(yōu)化方面，通過納米表面精準(zhǔn)調(diào)控，成功提升了材料在多個(gè)領(lǐng)域的性能。在催化領(lǐng)域，對納米催化劑表面進(jìn)行精準(zhǔn)修飾，顯著提高了催化劑的活性和選擇性，降低了反應(yīng)的活化能，使得化學(xué)反應(yīng)能夠在更溫和的條件下進(jìn)行，提高了能源利用效率。在電子學(xué)領(lǐng)域，對納米電子器件表面的精準(zhǔn)調(diào)控改善了電子傳輸性能，降低了器件的功耗，提高了其穩(wěn)定性和可靠性，推動(dòng)了電子器件向小型化、高性能化方向發(fā)展。手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的研究也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探索方面取得了重要進(jìn)展。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，研究人員設(shè)計(jì)出了多種具有獨(dú)特手性光學(xué)性質(zhì)的等離子體超結(jié)構(gòu)。如基于金屬納米顆粒的手性二聚體、三聚體結(jié)構(gòu)，通過精確控制納米顆粒的形狀、尺寸、間距和排列方式，實(shí)現(xiàn)了對手性光學(xué)響應(yīng)的有效調(diào)控，這些結(jié)構(gòu)在特定波長下能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的圓二色性信號，為手性分子傳感和光學(xué)偏振器件的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。在應(yīng)用探索方面，手性等離子體超結(jié)構(gòu)在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。在生物醫(yī)學(xué)檢測中，利用其對不同手性分子的特異性響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對生物分子的高靈敏度檢測和分析，為疾病的早期診斷提供了新的方法和手段，如通過檢測生物標(biāo)志物的手性特征，實(shí)現(xiàn)對癌癥等疾病的早期篩查。在光學(xué)通信領(lǐng)域，基于手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件能夠?qū)崿F(xiàn)對光的偏振態(tài)的精確控制，有望應(yīng)用于高速、高效的光通信系統(tǒng)，提高通信的容量和抗干擾能力。盡管上述三個(gè)領(lǐng)域各自取得了顯著進(jìn)展，但目前的研究仍存在一些問題與不足。在DNA納米技術(shù)方面，雖然能夠構(gòu)建出復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性仍有待進(jìn)一步提高，尤其是在復(fù)雜的生理環(huán)境或外界干擾條件下，DNA納米結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生解組裝或結(jié)構(gòu)變化，影響其功能的發(fā)揮。此外，大規(guī)模制備高質(zhì)量的DNA納米結(jié)構(gòu)仍然面臨挑戰(zhàn)，目前的制備方法成本較高、效率較低，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控領(lǐng)域，調(diào)控的精度和范圍在某些情況下仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，對于一些復(fù)雜的多尺度表面結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控還存在技術(shù)難題。同時(shí)，對納米表面調(diào)控后材料的長期穩(wěn)定性和耐久性研究相對較少，這對于其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性至關(guān)重要。在手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方面，目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方法往往較為復(fù)雜，制備成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。此外，對手性等離子體超結(jié)構(gòu)與生物分子相互作用的機(jī)制研究還不夠深入，這對于其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用具有一定的阻礙。1.3研究目的與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在充分發(fā)揮DNA納米技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)納米表面的精準(zhǔn)調(diào)控，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)筑高性能的手性等離子體超結(jié)構(gòu)，為納米科技領(lǐng)域的發(fā)展提供新的方法和策略，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。本研究具有多方面的創(chuàng)新點(diǎn)。在調(diào)控方法上，創(chuàng)新性地將DNA納米技術(shù)引入納米表面精準(zhǔn)調(diào)控領(lǐng)域。傳統(tǒng)的納米表面調(diào)控方法往往存在精度和可控性的局限，而DNA納米技術(shù)的引入為納米表面調(diào)控提供了全新的視角和手段。利用DNA的堿基互補(bǔ)配對特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對納米表面修飾分子的精確組裝和定位，如同搭建納米級別的“分子積木”，構(gòu)建出具有精確結(jié)構(gòu)和功能的納米表面修飾層，極大地提高了納米表面調(diào)控的精度和可編程性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，提出了基于DNA納米結(jié)構(gòu)模板的手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑新策略。與傳統(tǒng)的手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方法不同，本研究以精心設(shè)計(jì)的DNA納米結(jié)構(gòu)作為模板，引導(dǎo)金屬納米粒子的組裝，從而實(shí)現(xiàn)對手性等離子體超結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)建。這種方法能夠精確控制金屬納米粒子的位置、間距和排列方式，有效調(diào)控手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)，為制備高性能的手性等離子體超結(jié)構(gòu)提供了新的途徑。本研究預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)納米表面的原子級精準(zhǔn)調(diào)控，制備出具有高度有序和定制化表面性質(zhì)的納米材料，為納米材料性能的優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。成功構(gòu)筑出具有強(qiáng)手性光學(xué)響應(yīng)和高穩(wěn)定性的手性等離子體超結(jié)構(gòu)，在圓偏振光探測、手性分子傳感和不對稱催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。本研究還期望揭示DNA納米技術(shù)介導(dǎo)的納米表面調(diào)控和手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑過程中的物理化學(xué)機(jī)制，為相關(guān)領(lǐng)域的理論發(fā)展提供新的認(rèn)識和見解，為后續(xù)研究提供理論指導(dǎo)。二、DNA納米技術(shù)基礎(chǔ)2.1DNA納米技術(shù)概述DNA納米技術(shù)是一門極具創(chuàng)新性和前沿性的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，它主要利用DNA（脫氧核糖核酸）獨(dú)特的分子性質(zhì)來構(gòu)建各種具有特定形狀、尺寸和功能的納米結(jié)構(gòu)。作為遺傳信息的重要載體，DNA不僅承載著生命延續(xù)的密碼，還具備諸多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，使其成為納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建的理想材料。從分子結(jié)構(gòu)角度來看，DNA由兩條反向平行的多核苷酸鏈通過堿基互補(bǔ)配對原則形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種雙螺旋結(jié)構(gòu)賦予了DNA高度的穩(wěn)定性和精確的序列特異性。堿基之間的互補(bǔ)配對，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對，如同精確的分子密碼，為DNA納米結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)建提供了可靠的基礎(chǔ)。這種精確的堿基配對特性使得科學(xué)家能夠通過精心設(shè)計(jì)DNA序列，精確控制DNA分子之間的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)的精確組裝和構(gòu)建。DNA納米技術(shù)的發(fā)展歷程充滿了創(chuàng)新與突破，每一個(gè)階段都代表著人類對微觀世界操控能力的提升。20世紀(jì)80年代，紐約大學(xué)的NedSeeman教授首次提出了十字叉狀的Holiday結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)的線狀雙鏈DNA，它多出了兩個(gè)方向，可以作為結(jié)構(gòu)單元用于合成更為復(fù)雜、尺寸更大的二維結(jié)構(gòu)。通過合理設(shè)計(jì)四條單鏈之間的堿基互補(bǔ)配對，減少序列的對稱性，成功得到了固定的、十字叉狀的Holiday類似結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，次年Seeman團(tuán)隊(duì)正式設(shè)計(jì)出了“四臂結(jié)”結(jié)構(gòu)，多個(gè)四臂結(jié)可以通過粘性末端鏈接到一起，得到二維結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了Tile組裝，這標(biāo)志著DNA納米技術(shù)的誕生，從此DNA不再只是單純的生物大分子，還成為了納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)造工具。到了90年代，DNA納米技術(shù)迎來了重要的發(fā)展階段。1993年，Seeman團(tuán)隊(duì)在四臂結(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將兩股雙螺旋結(jié)構(gòu)并列排布，并在其內(nèi)部引入交叉（crossover），形成了更為穩(wěn)定的Tile結(jié)構(gòu)，稱之為DX（DoubleCrossover）。DX的類型多樣，主要依據(jù)兩個(gè)DNA雙螺旋螺旋軸的相對方向是平行還是反平行來區(qū)分。由于實(shí)驗(yàn)證實(shí)平行的DX在納米構(gòu)造中表現(xiàn)欠佳，后期廣泛使用的是反平行的DX分子。若交叉點(diǎn)中間間隔了偶數(shù)個(gè)半螺旋則稱為DAE（DoubleAntiparallelEven），若交叉點(diǎn)間的半螺旋數(shù)目是奇數(shù)，則稱其為DAO（DoubleAntiparallelOdd）。DX結(jié)構(gòu)的成功構(gòu)建，有效解決了多臂結(jié)靈活度高、組裝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不確定的弊端，為后續(xù)DNA納米構(gòu)圖的研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。1998年，加州理工學(xué)院的Winfree團(tuán)隊(duì)在WangTile的啟發(fā)下，首次使用DX作為結(jié)構(gòu)基元組裝出了帶有條紋的二維平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并使用原子力顯微鏡（AFM）證實(shí)了產(chǎn)物的存在。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Nature》雜志上，標(biāo)志著DNA納米技術(shù)逐漸受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。然而，此時(shí)的DNA納米技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如組裝形狀尺寸不可控以及DX結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有待提高等問題。2003年，顏顥團(tuán)隊(duì)在四臂結(jié)和DX的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了十字Tile結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將四臂結(jié)的每一條臂的單個(gè)雙螺旋替換成含內(nèi)部交叉的并排的雙螺旋結(jié)構(gòu)（即DX結(jié)構(gòu)），結(jié)合了四臂結(jié)和DX二者的優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2005年，顏顥團(tuán)隊(duì)又提出了一種有限尺寸DNA組裝結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法，僅利用少量幾種帶有粘性末端的Tile結(jié)構(gòu)，就成功組裝出設(shè)定尺寸的二維陣列圖形。這一成果為解決Tile組裝產(chǎn)物尺寸不可控的問題提供了新的思路。但Tile組裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)率低、對化學(xué)計(jì)量比要求較高等問題仍有待解決。2006年，加州理工學(xué)院的Rothemund開發(fā)的DNA折紙術(shù)，為DNA納米技術(shù)帶來了革命性的突破。DNA折紙術(shù)選用噬菌體DNAM13mp18作為長鏈，然后用兩百多條短的單鏈DNA通過堿基互補(bǔ)配對原則，將長鏈折疊成各種復(fù)雜的二維圖形，如矩形、三角形、五角星和笑臉等。這種方法不僅操作相對Tile組裝更加簡便，對各組分的濃度比例要求更低，而且可以得到復(fù)雜度更高的產(chǎn)物。DNA折紙術(shù)的納米組裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有大量交叉結(jié)構(gòu)，極大地增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為其在眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此后，DNA納米技術(shù)在結(jié)構(gòu)構(gòu)建和應(yīng)用拓展方面不斷取得新的進(jìn)展?？茖W(xué)家們通過不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，能夠構(gòu)建出更加復(fù)雜、多樣化的DNA納米結(jié)構(gòu)，如三維DNA晶格、DNA納米花等。這些結(jié)構(gòu)在尺寸和形狀上具有更高的精確性，誤差可控制在納米級別。在應(yīng)用領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，在生物醫(yī)學(xué)、納米光子學(xué)、納米電子學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體具有諸多優(yōu)勢。其精確的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)負(fù)載，良好的生物相容性能減少機(jī)體的免疫排斥反應(yīng)。通過合理設(shè)計(jì)，還能使其具備靶向遞送功能，將藥物準(zhǔn)確輸送到病變部位，提高治療效果。例如，一些基于DNA納米管或納米籠的藥物遞送系統(tǒng)，能夠有效封裝藥物分子，并在特定的生理信號刺激下釋放藥物，實(shí)現(xiàn)對疾病的精準(zhǔn)治療。在生物傳感方面，DNA納米技術(shù)構(gòu)建的傳感器利用DNA對生物分子的特異性識別能力，結(jié)合信號放大機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對痕量生物分子的高靈敏度檢測。如基于DNA折紙結(jié)構(gòu)的生物傳感器，可通過設(shè)計(jì)特定的識別序列，對特定的蛋白質(zhì)、核酸等生物標(biāo)志物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測，為疾病的早期診斷提供了有力的技術(shù)支持。在納米光子學(xué)領(lǐng)域，DNA納米結(jié)構(gòu)可用于構(gòu)建新型的光學(xué)器件。由于其精確的納米級結(jié)構(gòu)，能夠?qū)獾膫鞑?、散射和吸收等特性進(jìn)行精確調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對光信號的高效處理和轉(zhuǎn)換。例如，利用DNA納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建的光子晶體，具有獨(dú)特的光學(xué)帶隙特性，可應(yīng)用于光通信、光計(jì)算等領(lǐng)域。在納米電子學(xué)領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)為納米電子器件的發(fā)展提供了新的思路。DNA分子可作為導(dǎo)線或模板，用于構(gòu)建納米級的電子電路。其精確的自組裝能力有助于實(shí)現(xiàn)電子器件的小型化和集成化，提高電子器件的性能和穩(wěn)定性。例如，基于DNA納米結(jié)構(gòu)的納米線場效應(yīng)晶體管，展現(xiàn)出了良好的電學(xué)性能和應(yīng)用潛力。2.2DNA納米技術(shù)原理2.2.1DNA自組裝原理DNA自組裝是DNA納米技術(shù)的核心基礎(chǔ)，其原理基于DNA獨(dú)特的堿基互補(bǔ)配對特性。DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈組成，在這兩條鏈上，腺嘌呤（A）總是與胸腺嘧啶（T）通過兩個(gè)氫鍵配對，鳥嘌呤（G）則與胞嘧啶（C）通過三個(gè)氫鍵配對。這種精確且穩(wěn)定的堿基互補(bǔ)配對關(guān)系，使得DNA分子能夠在特定條件下按照預(yù)設(shè)的設(shè)計(jì)，自發(fā)地組裝成各種復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)，就如同用分子級別的“積木”搭建出微觀世界的精巧建筑。以構(gòu)建簡單的DNA雙鏈結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)兩條具有互補(bǔ)堿基序列的單鏈DNA分子在適宜的溶液環(huán)境中相遇時(shí)，它們會(huì)通過堿基之間的氫鍵相互作用，逐步靠近并結(jié)合，最終形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種自組裝過程是高度特異性和可編程的，科學(xué)家們可以通過精心設(shè)計(jì)DNA序列，精確控制參與組裝的DNA分子的堿基組成和排列順序，從而實(shí)現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)建。例如，在構(gòu)建DNA納米管時(shí)，研究人員會(huì)設(shè)計(jì)一系列具有特定序列的DNA單鏈，這些單鏈通過堿基互補(bǔ)配對，首尾相連形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，多個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)一步堆疊組裝，最終形成具有特定管徑和長度的納米管。在構(gòu)建DNA納米籠時(shí)，同樣是利用DNA的堿基互補(bǔ)配對特性，將多條具有特定序列的DNA單鏈組裝成具有封閉空間的籠狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在藥物遞送、生物分子封裝等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。DNA自組裝在構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)方面具有諸多顯著優(yōu)勢。其具有極高的精確性和可編程性。通過精確設(shè)計(jì)DNA序列，能夠?qū)崿F(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和功能的精準(zhǔn)控制。與傳統(tǒng)的納米材料制備方法相比，DNA自組裝可以將結(jié)構(gòu)的誤差控制在納米級別，甚至達(dá)到原子級別的精度，為制備高精度的納米器件提供了可能。DNA自組裝具有良好的生物相容性。由于DNA本身是生物體內(nèi)的天然分子，在生物環(huán)境中具有較低的免疫原性和毒性，這使得基于DNA自組裝構(gòu)建的納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，在藥物遞送系統(tǒng)中，DNA納米結(jié)構(gòu)可以作為安全有效的藥物載體，將藥物精準(zhǔn)地輸送到病變部位，減少對健康組織的損害。DNA自組裝過程相對簡單，通常在溫和的條件下即可進(jìn)行，不需要復(fù)雜的設(shè)備和苛刻的反應(yīng)條件。只需將設(shè)計(jì)好的DNA分子混合在適當(dāng)?shù)木彌_溶液中，通過調(diào)節(jié)溫度、離子強(qiáng)度等條件，即可實(shí)現(xiàn)自組裝過程，這大大降低了制備成本和技術(shù)難度，有利于大規(guī)模制備和應(yīng)用。2.2.2DNA折紙術(shù)DNA折紙術(shù)是DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，為構(gòu)建復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)提供了一種高效且精確的方法。其操作流程涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟和技術(shù)，每一步都對最終納米結(jié)構(gòu)的形成和性能起著至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)階段，需要將所需構(gòu)建的納米結(jié)構(gòu)形狀轉(zhuǎn)化為DNA長鏈的折疊路線，并生成相應(yīng)的短鏈DNA（訂書釘鏈）序列。這一過程依賴于專門的設(shè)計(jì)軟件，如caDNAno、Tiamat、SARSE-DNA等。以構(gòu)建一個(gè)矩形的DNA折紙結(jié)構(gòu)為例，使用caDNAno軟件，首先在軟件界面中繪制出矩形的輪廓，然后軟件會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的算法，將矩形輪廓轉(zhuǎn)化為DNA長鏈的折疊路徑。在這個(gè)過程中，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出所需的訂書釘鏈的數(shù)量、位置和序列，以確保長鏈能夠按照設(shè)計(jì)的形狀進(jìn)行精確折疊。軟件會(huì)根據(jù)長鏈的序列和折疊路徑，確定每個(gè)訂書釘鏈的兩個(gè)分支的堿基序列，使其能夠分別與長鏈上不同區(qū)域的堿基互補(bǔ)配對，從而將長鏈固定在特定的位置，形成目標(biāo)結(jié)構(gòu)。訂書釘鏈的獲取是在前一步設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)好的序列進(jìn)行制取。用于DNA折紙的DNA長鏈（腳手架鏈）的選擇取決于合成目標(biāo)物的大小和復(fù)雜性，一般來說，腳手架鏈?zhǔn)菑牟《镜腄NA中提取的，如從M13噬菌體中分離得到的m13mp18病毒基因組，長度為7249個(gè)核苷酸。這些長鏈具有足夠的長度和穩(wěn)定性，能夠?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在制取訂書釘鏈時(shí)，通常采用化學(xué)合成的方法，根據(jù)設(shè)計(jì)好的序列，通過自動(dòng)化的DNA合成儀精確合成所需的短鏈DNA。合成過程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度、酸堿度、反應(yīng)物濃度等，以確保合成的訂書釘鏈具有正確的序列和高純度。原料準(zhǔn)備完成后，將腳手架鏈與過量的訂書釘鏈放入Mg離子緩沖液中，使其進(jìn)行依賴于堿基互補(bǔ)配對原則的自組裝過程。Mg離子在這個(gè)過程中起著關(guān)鍵作用，它可以中和DNA分子上的負(fù)電荷，減少DNA鏈之間的靜電排斥力，從而促進(jìn)堿基互補(bǔ)配對和自組裝的進(jìn)行。自組裝過程通常在特定的溫度程序下進(jìn)行，例如，先將混合溶液加熱至較高溫度（如95°C），使DNA分子充分變性，然后緩慢降溫（如以每10分鐘降低1°C的速度），在降溫過程中，訂書釘鏈會(huì)逐漸與腳手架鏈上的互補(bǔ)區(qū)域結(jié)合，引導(dǎo)腳手架鏈按照設(shè)計(jì)的形狀進(jìn)行折疊，最終形成目標(biāo)納米結(jié)構(gòu)。得到粗產(chǎn)品后，需要進(jìn)行分離純化，以去除未反應(yīng)的訂書釘鏈、雜質(zhì)和錯(cuò)誤折疊的結(jié)構(gòu)。常用的分離純化方法包括凝膠電泳、離心、色譜等。以凝膠電泳為例，將粗產(chǎn)品加載到含有特定濃度凝膠的電泳槽中，在電場的作用下，不同大小和形狀的DNA分子會(huì)在凝膠中以不同的速度遷移。由于正確折疊的DNA折紙結(jié)構(gòu)具有特定的大小和形狀，它會(huì)在凝膠中遷移到特定的位置，而未反應(yīng)的訂書釘鏈和雜質(zhì)則會(huì)遷移到其他位置，通過切割凝膠并回收目標(biāo)條帶，即可得到純化的DNA折紙結(jié)構(gòu)。DNA折紙術(shù)在復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建中具有廣泛的應(yīng)用。它能夠構(gòu)建出各種具有復(fù)雜形狀和精確尺寸的二維和三維納米結(jié)構(gòu)。在二維結(jié)構(gòu)方面，科學(xué)家們已經(jīng)成功構(gòu)建出了如矩形、三角形、五角星、笑臉等多種形狀的DNA折紙結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建三角形DNA折紙結(jié)構(gòu)時(shí)，通過精確設(shè)計(jì)訂書釘鏈的序列和位置，將腳手架鏈折疊成具有三條邊和三個(gè)頂點(diǎn)的三角形形狀，其邊長和角度可以精確控制在納米級別。在三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面，DNA折紙術(shù)也取得了顯著進(jìn)展，如構(gòu)建出了具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維DNA晶格、納米籠等。以三維DNA晶格為例，研究人員通過巧妙設(shè)計(jì)多層DNA折紙結(jié)構(gòu)，并利用特定的連接策略將它們組裝在一起，形成了在空間上具有規(guī)則周期性排列的三維晶格結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在納米光子學(xué)、納米電子學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，例如，可作為構(gòu)建新型光子晶體或納米電子器件的模板。DNA折紙術(shù)還可用于構(gòu)建具有特定功能的納米器件。通過在DNA折紙結(jié)構(gòu)上修飾特定的分子或納米粒子，賦予其新的功能。在DNA折紙表面修飾熒光分子，可用于生物分子的檢測和成像。當(dāng)目標(biāo)生物分子與修飾有熒光分子的DNA折紙結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起熒光信號的變化，從而實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測。在DNA折紙結(jié)構(gòu)上組裝金屬納米粒子，可構(gòu)建出手性等離子體超結(jié)構(gòu)，用于手性分子傳感和不對稱催化等領(lǐng)域。2.3DNA納米技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域DNA納米技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用潛力，為這些領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和突破。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)有著眾多重要應(yīng)用。在藥物遞送方面，DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體具有顯著優(yōu)勢。其精確的納米級結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)負(fù)載，通過合理設(shè)計(jì)DNA序列，能夠?qū)⑺幬锓肿泳_地包裹在納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部。良好的生物相容性使得DNA納米結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)能夠減少免疫排斥反應(yīng)，提高藥物遞送的安全性。一些基于DNA納米管或納米籠的藥物遞送系統(tǒng)，能夠有效封裝藥物分子，并在特定的生理信號刺激下釋放藥物。在腫瘤治療中，通過對DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，使其能夠特異性地識別腫瘤細(xì)胞表面的標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的靶向遞送。當(dāng)DNA納米結(jié)構(gòu)攜帶藥物到達(dá)腫瘤細(xì)胞后，在腫瘤微環(huán)境的刺激下，如低pH值、高濃度的酶等，釋放藥物，從而實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的精準(zhǔn)殺傷，提高治療效果，減少對健康組織的損害。在基因治療領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)也發(fā)揮著重要作用?？梢岳肈NA納米結(jié)構(gòu)將治療性基因準(zhǔn)確地輸送到目標(biāo)細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)基因的有效傳遞和表達(dá)。通過將特定的基因片段整合到DNA納米結(jié)構(gòu)中，使其能夠穿越細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，然后在細(xì)胞內(nèi)釋放基因，修復(fù)或替換有缺陷的基因，從而治療遺傳性疾病或其他相關(guān)疾病。在材料科學(xué)領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)為材料的制備和性能優(yōu)化提供了新的途徑。在納米材料合成方面，DNA納米結(jié)構(gòu)可以作為模板引導(dǎo)其他材料的生長和組裝。利用DNA納米管作為模板，可以在其表面生長金屬納米粒子，制備出具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能的納米復(fù)合材料。這種復(fù)合材料結(jié)合了DNA納米管的精確結(jié)構(gòu)和金屬納米粒子的優(yōu)異性能，如導(dǎo)電性、催化性等，在電子學(xué)和催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在制備基于DNA納米結(jié)構(gòu)模板的金屬納米復(fù)合材料時(shí)，通過控制DNA納米管的管徑和表面電荷分布，可以精確控制金屬納米粒子的尺寸、形狀和排列方式，從而實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料性能的精確調(diào)控。DNA納米技術(shù)還可用于制備具有特殊性能的材料，如智能響應(yīng)材料。通過將DNA納米結(jié)構(gòu)與刺激響應(yīng)性分子結(jié)合，制備出能夠?qū)囟?、pH值、光照等外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)的材料。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，DNA納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)象會(huì)發(fā)生改變，從而帶動(dòng)與之結(jié)合的其他分子或材料發(fā)生相應(yīng)的變化，實(shí)現(xiàn)材料性能的調(diào)控。在傳感器領(lǐng)域，DNA納米技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了傳感器的性能?；贒NA納米技術(shù)構(gòu)建的生物傳感器利用DNA對生物分子的特異性識別能力，結(jié)合信號放大機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對痕量生物分子的高靈敏度檢測?；贒NA折紙結(jié)構(gòu)的生物傳感器，通過設(shè)計(jì)特定的識別序列，能夠?qū)μ囟ǖ牡鞍踪|(zhì)、核酸等生物標(biāo)志物進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測。當(dāng)目標(biāo)生物分子與傳感器表面的DNA識別序列特異性結(jié)合時(shí)，會(huì)引起DNA折紙結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變化，這種變化可以通過熒光、電化學(xué)等信號進(jìn)行檢測和放大，從而實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測。DNA納米技術(shù)還可用于構(gòu)建化學(xué)傳感器，對環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行檢測。通過將具有特定化學(xué)親和力的DNA序列固定在傳感器表面，當(dāng)目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)與DNA序列結(jié)合時(shí)，會(huì)引起傳感器的電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)的變化，從而實(shí)現(xiàn)對化學(xué)物質(zhì)的檢測。利用DNA納米技術(shù)構(gòu)建的重金屬離子傳感器，能夠?qū)Νh(huán)境中的汞離子、鉛離子等重金屬離子進(jìn)行高靈敏度檢測，為環(huán)境保護(hù)和食品安全監(jiān)測提供了有力的工具。盡管DNA納米技術(shù)在上述領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，DNA納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和體內(nèi)代謝過程仍有待深入研究。在復(fù)雜的生理環(huán)境中，DNA納米結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到酶的降解、免疫系統(tǒng)的攻擊等因素的影響，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能的改變。對DNA納米結(jié)構(gòu)在體內(nèi)的代謝途徑和長期安全性的了解還相對有限，這限制了其在臨床應(yīng)用中的推廣。在材料科學(xué)領(lǐng)域，大規(guī)模制備高質(zhì)量的DNA納米結(jié)構(gòu)仍然面臨挑戰(zhàn)，目前的制備方法成本較高、效率較低，難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。同時(shí)，如何進(jìn)一步提高DNA納米結(jié)構(gòu)與其他材料的兼容性和穩(wěn)定性，也是需要解決的問題。在傳感器應(yīng)用中，如何提高傳感器的選擇性和穩(wěn)定性，降低檢測成本，仍然是研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信這些挑戰(zhàn)將逐漸得到解決，DNA納米技術(shù)將在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。三、納米表面精準(zhǔn)調(diào)控3.1納米表面精準(zhǔn)調(diào)控原理3.1.1納米表面特性在納米尺度下，材料表面展現(xiàn)出一系列與宏觀材料截然不同的特殊物理化學(xué)性質(zhì)，這些特性對納米材料的性能產(chǎn)生著至關(guān)重要的影響。納米材料的比表面積是其重要特性之一，比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積材料所具有的表面積。當(dāng)材料尺寸進(jìn)入納米量級時(shí)，比表面積會(huì)急劇增大。以球形納米顆粒為例，其比表面積公式為S=\frac{3}{r\rho}（其中S為比表面積，r為納米顆粒半徑，\rho為材料密度）。從公式可以看出，隨著半徑r的減小，比表面積S呈指數(shù)級增長。例如，當(dāng)納米顆粒半徑從100nm減小到10nm時(shí)，比表面積將增大10倍。這種高比表面積使得納米材料表面原子數(shù)占總原子數(shù)的比例顯著增加，大量的表面原子處于不飽和鍵合狀態(tài)，具有較高的表面能，從而使納米材料表面具有極高的活性。在催化反應(yīng)中，高比表面積為反應(yīng)物提供了更多的吸附位點(diǎn)，增加了反應(yīng)物與催化劑表面的接觸機(jī)會(huì)，有利于提高催化反應(yīng)的速率和效率。在納米金屬催化劑表面，眾多的表面原子可以吸附更多的反應(yīng)物分子，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，使得納米催化劑在一些反應(yīng)中表現(xiàn)出比傳統(tǒng)催化劑更高的活性。納米表面的電荷分布和電子態(tài)也具有獨(dú)特性。由于納米材料的尺寸效應(yīng)和表面原子的不飽和鍵合，其表面電荷分布往往不均勻。表面原子的電子云分布會(huì)發(fā)生畸變，導(dǎo)致表面電子態(tài)與體相電子態(tài)存在差異。這種電荷分布和電子態(tài)的變化對納米材料的電學(xué)、光學(xué)和催化性能產(chǎn)生重要影響。在半導(dǎo)體納米材料中，表面電荷分布的不均勻會(huì)影響載流子的傳輸和復(fù)合過程，進(jìn)而影響材料的光電性能。表面電子態(tài)的改變還會(huì)影響納米材料與周圍環(huán)境分子的相互作用，如在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，納米材料表面的電荷分布和電子態(tài)會(huì)影響其與生物分子的吸附和識別，從而影響其生物相容性和生物活性。納米表面的化學(xué)反應(yīng)活性顯著增強(qiáng)。高比表面積和高表面能使得納米表面原子具有較高的活性，容易與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米金屬顆粒在空氣中容易被氧化，就是因?yàn)槠浔砻嬖拥母呋钚允沟醚趸磻?yīng)更容易進(jìn)行。納米材料表面的化學(xué)反應(yīng)活性還可以通過表面修飾等手段進(jìn)行調(diào)控。在納米材料表面引入特定的官能團(tuán)，可以改變其表面化學(xué)反應(yīng)活性，使其能夠參與特定的化學(xué)反應(yīng)。在納米材料表面修飾上具有催化活性的官能團(tuán)，可以增強(qiáng)其在特定催化反應(yīng)中的活性和選擇性。表面原子的擴(kuò)散速率在納米尺度下也發(fā)生了顯著變化。由于表面原子的高活性和較低的擴(kuò)散勢壘，納米表面原子的擴(kuò)散速率比體相原子快得多。這種快速的原子擴(kuò)散在納米材料的燒結(jié)、生長和相變等過程中起著重要作用。在納米材料的燒結(jié)過程中，表面原子的快速擴(kuò)散使得納米顆粒更容易聚集和融合，從而影響納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能。在納米晶體的生長過程中，表面原子的擴(kuò)散速率影響著晶體的生長速率和晶體的質(zhì)量。納米表面的特殊物理化學(xué)性質(zhì)對納米材料的性能有著深遠(yuǎn)的影響。在光學(xué)性能方面，納米材料的高比表面積和特殊的電子態(tài)會(huì)導(dǎo)致其對光的吸收、散射和發(fā)射等性質(zhì)發(fā)生改變。一些納米材料在特定波長下表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光吸收或發(fā)射特性，可用于制備光學(xué)傳感器、發(fā)光二極管等光電器件。在電學(xué)性能方面，納米表面的電荷分布和電子態(tài)的變化會(huì)影響納米材料的電導(dǎo)率、電容等電學(xué)參數(shù)。一些納米材料由于其特殊的表面性質(zhì)，表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能，可用于制備納米電子器件，如納米晶體管、納米導(dǎo)線等。在催化性能方面，納米表面的高活性和豐富的吸附位點(diǎn)使得納米材料成為高效的催化劑。納米催化劑在許多化學(xué)反應(yīng)中能夠顯著降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率和選擇性，在能源、化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。3.1.2調(diào)控原理與方法納米表面精準(zhǔn)調(diào)控對于優(yōu)化納米材料性能、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域具有至關(guān)重要的意義，目前已發(fā)展出多種常用的調(diào)控方法，每種方法都基于特定的原理，且各具優(yōu)缺點(diǎn)?；瘜W(xué)修飾是一種廣泛應(yīng)用的納米表面調(diào)控方法，其原理主要基于化學(xué)反應(yīng)，通過在納米表面引入特定的化學(xué)基團(tuán)，改變納米材料的表面性質(zhì)。在納米材料表面進(jìn)行硅烷化修飾，硅烷分子中的硅原子可以與納米材料表面的羥基等基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，從而將硅烷分子固定在納米表面。硅烷分子上的其他基團(tuán)，如氨基、羧基等，可以賦予納米表面新的化學(xué)性質(zhì)。這種修飾方法能夠有效地改變納米表面的親疏水性、電荷分布和化學(xué)反應(yīng)活性。通過引入親水性基團(tuán)，可以使原本疏水的納米材料表面變得親水，從而改善其在水溶液中的分散性。化學(xué)修飾還可以用于構(gòu)建具有特定功能的納米表面，如在納米材料表面修飾上具有生物識別功能的分子，可用于生物傳感和生物醫(yī)學(xué)檢測。化學(xué)修飾的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)崿F(xiàn)對納米表面性質(zhì)的精確調(diào)控，修飾后的納米材料穩(wěn)定性較高。但該方法也存在一些缺點(diǎn)，修飾過程通常需要使用化學(xué)試劑，可能會(huì)對環(huán)境造成一定的影響。化學(xué)修飾的反應(yīng)條件較為苛刻，需要精確控制反應(yīng)溫度、時(shí)間和試劑濃度等參數(shù)，否則可能會(huì)導(dǎo)致修飾效果不佳或納米材料結(jié)構(gòu)受損。物理吸附是另一種常用的納米表面調(diào)控方法，其原理是利用分子間的物理作用力，如范德華力、靜電引力等，將分子或粒子吸附在納米表面。在納米材料表面吸附表面活性劑分子，表面活性劑分子的親水基團(tuán)會(huì)朝向溶液，疏水基團(tuán)則與納米表面相互作用，從而改變納米表面的性質(zhì)。物理吸附方法相對簡單，操作條件溫和，不需要復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和特殊的設(shè)備?？梢栽诔爻合逻M(jìn)行，對納米材料的結(jié)構(gòu)和性能影響較小。物理吸附還具有可逆性，當(dāng)外界條件改變時(shí)，吸附在納米表面的分子或粒子可以解吸，這為納米材料的表面調(diào)控提供了一定的靈活性。然而，物理吸附的作用力相對較弱，吸附的穩(wěn)定性較差，在一些條件下，吸附的分子或粒子可能會(huì)發(fā)生脫附，影響納米材料表面性質(zhì)的穩(wěn)定性。物理吸附對納米表面性質(zhì)的調(diào)控范圍相對有限，難以實(shí)現(xiàn)對納米表面性質(zhì)的深度和精確調(diào)控。自組裝技術(shù)是一種基于分子間相互作用的納米表面調(diào)控方法，其原理是利用分子間的非共價(jià)相互作用，如氫鍵、π-π堆積、靜電相互作用等，使分子在納米表面自發(fā)地組裝成有序的結(jié)構(gòu)。在納米材料表面進(jìn)行DNA自組裝，通過設(shè)計(jì)特定序列的DNA分子，利用DNA的堿基互補(bǔ)配對特性，在納米表面形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的DNA層。自組裝技術(shù)能夠精確控制納米表面的分子排列和結(jié)構(gòu)，構(gòu)建出具有高度有序和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米表面。這種有序的結(jié)構(gòu)可以賦予納米材料獨(dú)特的性質(zhì)，如在納米光子學(xué)中，自組裝形成的納米結(jié)構(gòu)可以對光的傳播和散射進(jìn)行精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)特殊的光學(xué)性能。自組裝過程通常在溫和的條件下進(jìn)行，對納米材料的損傷較小。但自組裝技術(shù)對分子的設(shè)計(jì)和合成要求較高，需要精確控制分子的結(jié)構(gòu)和相互作用。自組裝過程較為復(fù)雜，組裝時(shí)間較長，不利于大規(guī)模制備。原子層沉積（ALD）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)原子級精準(zhǔn)調(diào)控的納米表面調(diào)控方法，其原理是通過將氣態(tài)的前驅(qū)體交替地通入反應(yīng)室，在納米表面進(jìn)行逐層沉積。在ALD過程中，前驅(qū)體分子會(huì)在納米表面發(fā)生化學(xué)吸附，形成一層單原子層，然后通過清洗去除未反應(yīng)的前驅(qū)體和副產(chǎn)物，接著通入另一前驅(qū)體進(jìn)行下一層沉積。通過精確控制沉積的層數(shù)和前驅(qū)體的種類，可以在納米表面制備出具有精確厚度和組成的薄膜。ALD技術(shù)具有極高的精度和可控性，能夠在復(fù)雜形狀的納米材料表面實(shí)現(xiàn)均勻的沉積。可以制備出厚度精確到原子級別的薄膜，對納米材料的表面性質(zhì)進(jìn)行精確調(diào)控。ALD技術(shù)還具有良好的保形性，能夠在納米材料的三維結(jié)構(gòu)表面均勻沉積，不影響納米材料的原有形貌。然而，ALD設(shè)備昂貴，沉積過程復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。綜上所述，不同的納米表面精準(zhǔn)調(diào)控方法各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的需求和納米材料的特點(diǎn)，選擇合適的調(diào)控方法，以實(shí)現(xiàn)對納米表面性質(zhì)的精確調(diào)控，滿足不同領(lǐng)域?qū){米材料性能的要求。三、納米表面精準(zhǔn)調(diào)控3.2DNA納米技術(shù)在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控中的應(yīng)用3.2.1DNA介導(dǎo)的納米顆粒表面修飾在眾多利用DNA對納米顆粒表面進(jìn)行修飾的研究中，上海交通大學(xué)姚廣保、劉小果團(tuán)隊(duì)的工作具有代表性。他們創(chuàng)新性地引入DNA折紙技術(shù)，提出了一種“減材式圖案化”策略，實(shí)現(xiàn)了對納米顆粒表面的精準(zhǔn)修飾。該策略以桶狀DNA折紙為關(guān)鍵工具，通過精心設(shè)計(jì)，使其能夠選擇性地修飾金納米顆粒的表面。具體而言，桶狀DNA折紙可以阻擋納米顆粒表面的特定區(qū)域，從而保留其他區(qū)域的DNA配體，形成具有可控?cái)?shù)量和大小的活性區(qū)域。通過將DNA折紙桶覆蓋在納米顆粒表面的半球區(qū)域，成功制備出具有單一活性區(qū)域的Janus型納米顆粒；而當(dāng)阻擋納米顆粒的中心區(qū)域時(shí)，則制備出具有兩個(gè)活性區(qū)域的對稱三嵌段Janus型納米顆粒。活性區(qū)域的角度（α）可通過精確調(diào)節(jié)DNA折紙桶的高度和納米顆粒的直徑來實(shí)現(xiàn)。這一過程中，DNA折紙桶的高度變化會(huì)改變其在納米顆粒表面的覆蓋范圍，從而影響活性區(qū)域的角度；納米顆粒直徑的改變也會(huì)相應(yīng)地調(diào)整DNA折紙桶與納米顆粒表面的相對位置關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對活性區(qū)域角度的精確控制。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)修飾后納米顆粒的自組裝，團(tuán)隊(duì)引入了包含錨定鏈、具有自互補(bǔ)結(jié)合區(qū)域的連接鏈和用于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的雙鏈體鏈的DNA連接子。納米顆粒間的相互作用由納米顆粒的尺寸、錨定鏈的長度和雙鏈體鏈的長度共同決定。同時(shí)，固定在納米顆粒表面的DNA折紙桶產(chǎn)生了空間位阻效應(yīng)。通過精細(xì)調(diào)節(jié)活性區(qū)域的數(shù)量、大小和DNA連接子的長度，可以巧妙地平衡DNA修飾納米顆粒間的吸引力和DNA折紙桶之間的空間位阻作用，從而精確控制納米顆粒在高級組裝體中的配位數(shù)。當(dāng)DNA連接子長度較短時(shí)，納米顆粒間的吸引力相對較弱，而DNA折紙桶的空間位阻效應(yīng)占主導(dǎo)，此時(shí)納米顆粒傾向于形成短程有序的結(jié)構(gòu)；隨著DNA連接子長度的增加，納米顆粒間的吸引力增強(qiáng)，當(dāng)吸引力與空間位阻效應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，納米顆?？梢孕纬深愃品涓C狀的二維晶格結(jié)構(gòu)；若DNA連接子長度繼續(xù)增加，吸引力過強(qiáng)，納米顆粒則會(huì)形成結(jié)構(gòu)較為無序的三維組裝體。通過這種DNA介導(dǎo)的納米顆粒表面修飾方法，成功制備出具有單一或兩個(gè)對稱/非對稱活性區(qū)域的嵌段納米顆粒，這些納米顆?？蛇M(jìn)一步組裝成復(fù)雜的超結(jié)構(gòu)，如類石墨烷的雙層超晶格結(jié)構(gòu)。該研究成果有效解決了傳統(tǒng)上利用DNA指導(dǎo)的納米顆粒自組裝在精確控制納米顆粒表面修飾和自組裝結(jié)構(gòu)方面的難題，為精確調(diào)控納米材料自組裝提供了前所未有的手段。這種精準(zhǔn)修飾后的納米顆粒在光學(xué)、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在光學(xué)領(lǐng)域，其獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)和組裝方式可能導(dǎo)致特殊的光學(xué)性質(zhì)，可用于制備新型的光學(xué)傳感器或發(fā)光器件；在催化領(lǐng)域，精準(zhǔn)修飾后的納米顆?？赡芫哂懈叩拇呋钚院瓦x擇性，為催化反應(yīng)提供更高效的催化劑；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其良好的生物相容性和可調(diào)控的表面性質(zhì)使其有望成為理想的藥物載體或生物成像探針。3.2.2基于DNA的納米結(jié)構(gòu)表面圖案化利用DNA構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)表面圖案是實(shí)現(xiàn)納米表面精準(zhǔn)調(diào)控的重要方法之一，這一方法在納米器件制備中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。一種基于DNA分子組裝納米圖案的方法，其過程包括多個(gè)關(guān)鍵步驟。首先，在載玻片上添加生物素，形成生物素層，為后續(xù)的DNA固定提供基礎(chǔ)。接著，培育出可折疊和展開的發(fā)夾式DNA，這種發(fā)夾式DNA由用于連接生物素的錨鏈、用于折疊和展開的針鏈以及連接錨鏈和針鏈的連接鏈組成。在發(fā)夾式DNA上還設(shè)有熒光供體cy3、熒光受體cy5和交聯(lián)劑，其中熒光供體cy3設(shè)置在錨鏈處，熒光受體cy5設(shè)置在針鏈處，交聯(lián)劑設(shè)置在針鏈上。將發(fā)夾式DNA轉(zhuǎn)移到生物素層上，通過鏈霉親和素和生物素之間的化學(xué)鍵連接發(fā)夾式DNA，形成DNA發(fā)夾陣列。然后，根據(jù)預(yù)設(shè)的納米圖案的形狀，在生物素層上確定每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位置。通過激光照射尋找每個(gè)目標(biāo)點(diǎn)內(nèi)唯一處于折疊態(tài)的發(fā)夾式DNA，先用綠光入射到視野中的目標(biāo)點(diǎn)內(nèi)，由于折疊的發(fā)夾式DNA會(huì)因?yàn)闊晒夤舱衲芰哭D(zhuǎn)移而發(fā)出紅光，當(dāng)綠色光斑內(nèi)只存在唯一含有紅光的發(fā)夾式DNA時(shí)，即找到了目標(biāo)點(diǎn)內(nèi)唯一一個(gè)處于折疊狀態(tài)的發(fā)夾式DNA。接著用紫光照射使得針鏈和錨鏈通過交聯(lián)劑迅速交聯(lián)，使得發(fā)夾式DNA處于永久折疊狀態(tài)。最后，在處于永久折疊狀態(tài)下的發(fā)夾式DNA上添加納米顆粒。先對載玻片上的發(fā)夾式DNA區(qū)域進(jìn)行高溫清洗以消除連接鏈，此時(shí)展開狀態(tài)的發(fā)夾式DNA的針鏈被去除，生物素層上只剩下與生物素連接的錨鏈DNA結(jié)構(gòu)、錨鏈-針鏈永久交聯(lián)的DNA結(jié)構(gòu)。在針鏈上添加表面設(shè)有與針鏈互補(bǔ)DNA結(jié)構(gòu)的納米顆粒，最終得到預(yù)期的納米圖案。這種基于DNA的納米結(jié)構(gòu)表面圖案化方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它可以實(shí)現(xiàn)百納米以內(nèi)的分辨率設(shè)計(jì)，為納米圖案、納米尺寸功能器件的制備提供了一種廉價(jià)且簡單的方法。在納米器件制備中，這種精確的表面圖案化技術(shù)能夠?yàn)榧{米器件的功能實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。在納米傳感器的制備中，通過在納米結(jié)構(gòu)表面構(gòu)建特定的DNA圖案，可以精確控制傳感器對目標(biāo)分子的識別位點(diǎn)和結(jié)合能力，從而提高傳感器的靈敏度和選擇性。在納米電子器件中，表面圖案化的DNA可以作為模板，引導(dǎo)金屬納米粒子的組裝，形成具有特定電路結(jié)構(gòu)的納米電子元件，為實(shí)現(xiàn)納米級別的電路集成提供可能?；贒NA的納米結(jié)構(gòu)表面圖案化技術(shù)還具有良好的生物相容性和可調(diào)控性。由于DNA是生物體內(nèi)的天然分子，在生物環(huán)境中具有較低的免疫原性和毒性，這使得基于其構(gòu)建的納米圖案在生物醫(yī)學(xué)檢測和治療等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。通過合理設(shè)計(jì)DNA序列和圖案，可以實(shí)現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)表面性質(zhì)的精確調(diào)控，滿足不同應(yīng)用場景的需求。3.3應(yīng)用案例分析3.3.1生物傳感器中的應(yīng)用在生物傳感器領(lǐng)域，基于DNA修飾的納米顆粒展現(xiàn)出了卓越的性能提升，為生物分子檢測帶來了新的突破。以金納米顆粒（AuNPs）為例，當(dāng)它被DNA修飾后，其在生物分子檢測中的性能得到了顯著優(yōu)化。DNA修飾的AuNPs能夠通過堿基互補(bǔ)配對原則，特異性地識別并結(jié)合目標(biāo)生物分子，如特定的核酸序列或蛋白質(zhì)。這種特異性結(jié)合使得傳感器對目標(biāo)生物分子具有高度的選擇性，能夠有效區(qū)分不同的生物分子，減少檢測過程中的干擾。在檢測特定的病毒核酸時(shí)，通過設(shè)計(jì)與病毒核酸互補(bǔ)的DNA序列修飾在AuNPs表面，只有當(dāng)目標(biāo)病毒核酸存在時(shí)，才會(huì)與修飾在AuNPs表面的DNA發(fā)生特異性結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對病毒核酸的精準(zhǔn)檢測。DNA修飾還能夠顯著提高納米顆粒對生物分子的檢測靈敏度。AuNPs具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，其表面等離子體共振（SPR）效應(yīng)使得其對周圍環(huán)境的變化非常敏感。當(dāng)DNA修飾的AuNPs與目標(biāo)生物分子結(jié)合后，會(huì)引起AuNPs表面電荷分布和局部折射率的變化，進(jìn)而導(dǎo)致其SPR吸收峰發(fā)生明顯的位移。這種變化可以通過紫外-可見光譜等技術(shù)進(jìn)行精確檢測，從而實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測。研究表明，通過DNA修飾的AuNPs對某些生物標(biāo)志物的檢測限可以達(dá)到皮摩爾（pM）甚至更低的水平，能夠檢測到極其微量的生物分子，為疾病的早期診斷提供了有力的技術(shù)支持。為了更直觀地說明DNA修飾納米顆粒在生物傳感器中的性能提升，我們可以參考相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一項(xiàng)對比實(shí)驗(yàn)中，分別使用未修飾的AuNPs和DNA修飾的AuNPs對同一種蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，未修飾的AuNPs對該蛋白質(zhì)的檢測限為10-8M，而DNA修飾的AuNPs將檢測限降低到了10-11M，檢測靈敏度提高了1000倍。在選擇性方面，未修飾的AuNPs對該蛋白質(zhì)的選擇性較差，容易受到其他蛋白質(zhì)的干擾，而DNA修飾的AuNPs能夠特異性地識別目標(biāo)蛋白質(zhì)，在存在其他干擾蛋白質(zhì)的情況下，仍能準(zhǔn)確檢測出目標(biāo)蛋白質(zhì)，選擇性得到了極大的提高。DNA修飾的納米顆粒在生物傳感器中的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著研究的不斷深入，未來有望開發(fā)出更加高效、靈敏、選擇性強(qiáng)的DNA修飾納米顆粒生物傳感器。這些傳感器可以應(yīng)用于臨床診斷、食品安全檢測、環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域。在臨床診斷中，能夠快速、準(zhǔn)確地檢測出疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物，為疾病的早期診斷和治療提供依據(jù)。在食品安全檢測中，可用于檢測食品中的有害物質(zhì)和病原體，保障食品安全。在環(huán)境監(jiān)測中，能夠?qū)Νh(huán)境中的污染物和生物分子進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。3.3.2藥物遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用DNA納米技術(shù)在藥物載體表面調(diào)控中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對藥物遞送效率產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。從藥物載體表面修飾的角度來看，DNA納米結(jié)構(gòu)可以作為一種精準(zhǔn)的修飾工具，賦予藥物載體獨(dú)特的性能。將具有特定序列的DNA分子修飾在脂質(zhì)體表面，利用DNA的堿基互補(bǔ)配對特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對脂質(zhì)體表面的精確調(diào)控。這種修飾可以改變脂質(zhì)體的表面電荷、親疏水性和生物識別能力。通過修飾帶有正電荷的DNA序列，能夠使原本電中性的脂質(zhì)體表面帶上正電荷，從而增強(qiáng)其與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜之間的靜電相互作用，提高脂質(zhì)體對細(xì)胞的親和力，促進(jìn)藥物的細(xì)胞攝取。修飾具有生物識別功能的DNA適配體，可以使脂質(zhì)體特異性地識別腫瘤細(xì)胞表面的標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的靶向遞送。DNA納米技術(shù)在藥物載體表面調(diào)控方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，這使得其能夠顯著提高藥物遞送效率。DNA納米結(jié)構(gòu)具有高度的可編程性，通過精確設(shè)計(jì)DNA序列，可以實(shí)現(xiàn)對藥物載體表面修飾的精準(zhǔn)控制。與傳統(tǒng)的表面修飾方法相比，DNA納米技術(shù)能夠更加精確地控制修飾分子的種類、數(shù)量和位置，從而實(shí)現(xiàn)對藥物載體性能的定制化調(diào)控。DNA納米結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性，這使得修飾后的藥物載體在生物體內(nèi)能夠減少免疫排斥反應(yīng)，提高藥物遞送的安全性。DNA納米技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對藥物載體的多重修飾，通過將多種功能分子整合到DNA納米結(jié)構(gòu)中，如靶向分子、藥物分子和信號分子等，可以構(gòu)建出多功能的藥物遞送系統(tǒng)，進(jìn)一步提高藥物遞送效率。許多研究實(shí)例充分證明了DNA納米技術(shù)在提高藥物遞送效率方面的顯著效果。一項(xiàng)研究將負(fù)載抗癌藥物阿霉素的DNA納米結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的脂質(zhì)體藥物載體進(jìn)行了對比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DNA納米結(jié)構(gòu)能夠更加有效地將阿霉素遞送至腫瘤細(xì)胞內(nèi)部。通過對腫瘤組織的切片分析發(fā)現(xiàn)，使用DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體時(shí)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的阿霉素濃度明顯高于傳統(tǒng)脂質(zhì)體載體組。這是因?yàn)镈NA納米結(jié)構(gòu)表面修飾的靶向分子能夠特異性地識別腫瘤細(xì)胞表面的受體，促進(jìn)藥物載體與腫瘤細(xì)胞的結(jié)合和內(nèi)化。DNA納米結(jié)構(gòu)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性也有助于保護(hù)藥物分子在運(yùn)輸過程中的活性，提高藥物的利用率。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，接受DNA納米結(jié)構(gòu)載藥系統(tǒng)治療的小鼠腫瘤生長受到了明顯抑制，小鼠的生存期也顯著延長，充分展示了DNA納米技術(shù)在藥物遞送系統(tǒng)中的巨大應(yīng)用潛力。四、手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑4.1手性等離子體超結(jié)構(gòu)概述手性等離子體超結(jié)構(gòu)是由金屬納米結(jié)構(gòu)組成的具有手性特征的體系，其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景使其成為納米科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。手性作為一種重要的幾何特性，描述了物體與其鏡像不能完全重合的性質(zhì)。在自然界中，手性廣泛存在于生物分子、礦物晶體等物質(zhì)中。手性分子對生命活動(dòng)具有至關(guān)重要的影響，如構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸大多為左旋構(gòu)型，而構(gòu)成核酸的糖環(huán)則為右旋構(gòu)型。手性等離子體超結(jié)構(gòu)的概念正是基于對手性和等離子體效應(yīng)的深入研究而提出的。當(dāng)光與手性等離子體超結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的手性和金屬納米結(jié)構(gòu)的等離子體共振效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光學(xué)手性響應(yīng)。這種響應(yīng)表現(xiàn)為對左旋圓偏振光（LCP）和右旋圓偏振光（RCP）的吸收、散射和發(fā)射等性質(zhì)存在顯著差異，即具有圓二色性（CD）和光學(xué)旋轉(zhuǎn)等特性。手性等離子體超結(jié)構(gòu)的特性與多種因素密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸是影響其光學(xué)性質(zhì)的重要因素。不同形狀的金屬納米結(jié)構(gòu)，如納米棒、納米顆粒、納米螺旋等，會(huì)導(dǎo)致不同的等離子體共振模式和手性光學(xué)響應(yīng)。納米棒的長徑比會(huì)影響其表面等離子體共振頻率，進(jìn)而影響手性等離子體超結(jié)構(gòu)的圓二色性信號。結(jié)構(gòu)的排列方式和對稱性也對手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)起著關(guān)鍵作用。具有特定排列方式的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列可以增強(qiáng)手性光學(xué)響應(yīng)，而對稱性的改變則可能導(dǎo)致手性光學(xué)性質(zhì)的顯著變化。在光學(xué)領(lǐng)域，手性等離子體超結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。它可以用于圓偏振光探測，利用其對左旋和右旋圓偏振光的不同響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對圓偏振光的高效探測和分析?；谑中缘入x子體超結(jié)構(gòu)的圓偏振光探測器，能夠精確區(qū)分左旋和右旋圓偏振光，在光通信、光學(xué)成像等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。手性等離子體超結(jié)構(gòu)還可用于光學(xué)偏振器件的制備，如圓偏振器、波片等。這些器件能夠?qū)獾钠駪B(tài)進(jìn)行精確調(diào)控，為光信息處理和光學(xué)成像提供了新的手段。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，手性等離子體超結(jié)構(gòu)也具有廣闊的應(yīng)用前景。它可以用于手性分子傳感，利用其與手性分子之間的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測和分析。在生物醫(yī)學(xué)檢測中，手性等離子體超結(jié)構(gòu)可以通過檢測生物分子的手性特征，實(shí)現(xiàn)對疾病相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測，為疾病的早期診斷提供新的方法和手段。手性等離子體超結(jié)構(gòu)還可用于不對稱催化，在一些化學(xué)反應(yīng)中，利用其手性特性誘導(dǎo)反應(yīng)朝著特定的手性方向進(jìn)行，提高反應(yīng)的選擇性和效率，為藥物合成和材料制備等領(lǐng)域提供新的技術(shù)支持。4.2手性等離子體超結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法4.2.1傳統(tǒng)構(gòu)筑方法傳統(tǒng)的手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑方法主要包括光刻技術(shù)和化學(xué)合成法。光刻技術(shù)是一種常用的微納加工技術(shù)，它通過將光刻膠涂覆在基底上，利用光刻掩模和曝光光源，將設(shè)計(jì)好的圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝，在基底上形成所需的手性等離子體超結(jié)構(gòu)。這種方法具有較高的分辨率，能夠制備出精度達(dá)到納米級別的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。電子束光刻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)亞10納米的分辨率，能夠制備出具有高精度和復(fù)雜形狀的手性等離子體超結(jié)構(gòu)。光刻技術(shù)也存在一些局限性。其設(shè)備昂貴，光刻過程復(fù)雜，需要使用專門的光刻設(shè)備和光刻掩模，成本較高。光刻技術(shù)的制備效率較低，尤其是對于大面積的手性等離子體超結(jié)構(gòu)制備，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。光刻技術(shù)對環(huán)境要求較高，需要在無塵、恒溫、恒濕的環(huán)境中進(jìn)行，這增加了制備的難度和成本。化學(xué)合成法是通過化學(xué)反應(yīng)，在溶液中合成手性等離子體超結(jié)構(gòu)。種子介導(dǎo)生長法是一種常用的化學(xué)合成方法，它先制備出納米種子，然后在種子表面通過化學(xué)反應(yīng)生長出金屬納米結(jié)構(gòu)，從而形成手性等離子體超結(jié)構(gòu)。這種方法具有操作簡單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，能夠在溶液中大規(guī)模制備手性等離子體超結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)合成法也存在一些問題。其制備過程中難以精確控制結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀，由于化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，合成的手性等離子體超結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀往往存在一定的偏差，難以滿足高精度的應(yīng)用需求?；瘜W(xué)合成法制備的手性等離子體超結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，在溶液中容易受到環(huán)境因素的影響，如溫度、pH值等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化和性能的下降。4.2.2DNA納米技術(shù)在構(gòu)筑中的應(yīng)用DNA納米技術(shù)為手性等離子體超結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑提供了一種全新的、極具優(yōu)勢的方法。其核心在于利用DNA的自組裝特性來精確引導(dǎo)金屬納米粒子的組裝，從而實(shí)現(xiàn)手性等離子體超結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑。在具體實(shí)現(xiàn)過程中，通過精心設(shè)計(jì)DNA序列，使其能夠按照預(yù)設(shè)的方式進(jìn)行自組裝，形成具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的DNA納米模板。以DNA折紙術(shù)構(gòu)建的二維或三維DNA納米結(jié)構(gòu)為例，這些結(jié)構(gòu)可以作為精確的模板，引導(dǎo)金屬納米粒子在其表面或特定位置進(jìn)行組裝。在構(gòu)建手性螺旋狀的等離子體超結(jié)構(gòu)時(shí)，先設(shè)計(jì)出具有螺旋形狀的DNA折紙結(jié)構(gòu)，然后利用DNA分子上的特定基團(tuán)與金屬納米粒子之間的相互作用，如靜電相互作用、配位作用等，將金屬納米粒子精確地定位在DNA螺旋結(jié)構(gòu)的特定位置上。通過控制DNA序列和自組裝條件，可以精確控制金屬納米粒子的間距、排列方式和取向，從而實(shí)現(xiàn)對手性等離子體超結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)筑。與傳統(tǒng)構(gòu)筑方法相比，DNA納米技術(shù)在構(gòu)筑手性等離子體超結(jié)構(gòu)方面具有顯著的優(yōu)勢。DNA納米技術(shù)具有極高的精確性和可編程性。通過精確設(shè)計(jì)DNA序列，可以實(shí)現(xiàn)對金屬納米粒子組裝位置和排列方式的原子級精確控制，這是傳統(tǒng)光刻技術(shù)和化學(xué)合成法難以達(dá)到的。傳統(tǒng)光刻技術(shù)雖然能夠制備出高精度的結(jié)構(gòu)，但在精確控制金屬納米粒子的位置和排列方式方面存在一定的局限性；化學(xué)合成法則由于化學(xué)反應(yīng)的不確定性，難以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的精確控制。DNA納米技術(shù)在溶液中進(jìn)行自組裝，條件溫和，不需要復(fù)雜的設(shè)備和苛刻的反應(yīng)條件。這與光刻技術(shù)需要昂貴的設(shè)備和嚴(yán)格的環(huán)境條件相比，大大降低了制備成本和技術(shù)難度。同時(shí)，溶液中的自組裝過程有利于大規(guī)模制備手性等離子體超結(jié)構(gòu)，提高了制備效率。DNA納米技術(shù)還具有良好的生物相容性，這使得構(gòu)筑的手性等離子體超結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢。在生物傳感和生物醫(yī)學(xué)檢測中，能夠與生物分子友好結(jié)合，減少對生物體系的干擾，為生物醫(yī)學(xué)研究提供了更可靠的工具。4.3基于DNA納米技術(shù)的手性等離子體超結(jié)構(gòu)性能研究4.3.1光學(xué)性能基于DNA納米技術(shù)構(gòu)筑的手性等離子體超結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出獨(dú)特而優(yōu)異的光學(xué)性能，其中圓二色性（CD）是其最為顯著的特性之一。當(dāng)光與手性等離子體超結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的手性和金屬納米結(jié)構(gòu)的等離子體共振效應(yīng)，對左旋圓偏振光（LCP）和右旋圓偏振光（RCP）的吸收、散射等性質(zhì)產(chǎn)生差異，從而表現(xiàn)出明顯的圓二色性。結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸對圓二色性有著關(guān)鍵影響。不同形狀的金屬納米結(jié)構(gòu)，如納米棒、納米顆粒、納米螺旋等，會(huì)導(dǎo)致不同的等離子體共振模式，進(jìn)而影響圓二色性信號的強(qiáng)度和波長。以納米棒組成的手性等離子體超結(jié)構(gòu)為例，納米棒的長徑比是影響圓二色性的重要因素。當(dāng)長徑比增加時(shí)，納米棒的表面等離子體共振頻率會(huì)發(fā)生紅移，導(dǎo)致圓二色性信號的峰位也相應(yīng)地向長波長方向移動(dòng)。納米棒的長徑比從2增加到4時(shí)，圓二色性信號的峰位可能會(huì)從500nm紅移至600nm。納米顆粒的尺寸也會(huì)對圓二色性產(chǎn)生影響。較小尺寸的納米顆粒通常具有較高的表面等離子體共振頻率，使得圓二色性信號出現(xiàn)在較短波長區(qū)域；而較大尺寸的納米顆粒則會(huì)使表面等離子體共振頻率降低，圓二色性信號向長波長方向移動(dòng)。通過精確控制金屬納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸，可以實(shí)現(xiàn)對圓二色性信號的有效調(diào)控，滿足不同應(yīng)用場景對光學(xué)性能的需求。結(jié)構(gòu)的排列方式和對稱性同樣對手性等離子體超結(jié)構(gòu)的圓二色性起著重要作用。具有特定排列方式的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列可以增強(qiáng)圓二色性響應(yīng)。當(dāng)金屬納米結(jié)構(gòu)以周期性的螺旋排列方式組成超結(jié)構(gòu)時(shí)，由于相鄰納米結(jié)構(gòu)之間的耦合作用，能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的手性光學(xué)響應(yīng)，從而增強(qiáng)圓二色性信號。對稱性的改變也會(huì)導(dǎo)致圓二色性的顯著變化。當(dāng)手性等離子體超結(jié)構(gòu)的對稱性降低時(shí)，其圓二色性信號往往會(huì)增強(qiáng)。將原本對稱的金屬納米結(jié)構(gòu)二聚體通過改變其相對位置和取向，使其對稱性降低，會(huì)發(fā)現(xiàn)圓二色性信號明顯增強(qiáng)。這是因?yàn)閷ΨQ性的降低增加了結(jié)構(gòu)的手性程度，使得對左旋和右旋圓偏振光的響應(yīng)差異更加顯著。通過實(shí)驗(yàn)測量和理論計(jì)算，可以深入研究基于DNA納米技術(shù)構(gòu)筑的手性等離子體超結(jié)構(gòu)的圓二色性等光學(xué)性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)測量方面，利用圓二色光譜儀可以精確測量手性等離子體超結(jié)構(gòu)對左旋和右旋圓偏振光的吸收差異，得到圓二色性光譜。通過分析光譜的峰位、強(qiáng)度和形狀等特征，可以了解結(jié)構(gòu)的手性光學(xué)性質(zhì)。理論計(jì)算則可以采用有限元方法（FEM）、離散偶極近似（DDA）等數(shù)值模擬方法，對光與手性等離子體超結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行模擬。在使用FEM方法時(shí)，通過構(gòu)建手性等離子體超結(jié)構(gòu)的三維模型，設(shè)置材料參數(shù)和邊界條件，模擬光在結(jié)構(gòu)中的傳播和散射過程，計(jì)算出結(jié)構(gòu)對左旋和右旋圓偏振光的吸收、散射截面等光學(xué)參數(shù)，從而深入理解結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的研究方法，能夠更全面、深入地揭示基于DNA納米技術(shù)構(gòu)筑的手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)性能，為其在光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。4.3.2應(yīng)用性能基于DNA納米技術(shù)構(gòu)筑的手性等離子體超結(jié)構(gòu)在分子傳感、手性分離等應(yīng)用中展現(xiàn)出了卓越的性能，為這些領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和突破。在分子傳感領(lǐng)域，手性等離子體超結(jié)構(gòu)利用其與手性分子之間的特異性相互作用，實(shí)現(xiàn)了對生物分子的高靈敏度檢測和分析。當(dāng)手性等離子體超結(jié)構(gòu)與手性分子結(jié)合時(shí)，會(huì)引起結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，通過檢測這些變化可以實(shí)現(xiàn)對分子的傳感。圓二色性信號的變化是常用的檢測指標(biāo)之一。當(dāng)手性分子與手性等離子體超結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合后，會(huì)導(dǎo)致超結(jié)構(gòu)對左旋和右旋圓偏振光的吸收差異發(fā)生改變，從而使圓二色性信號的強(qiáng)度和峰位發(fā)生變化。在檢測特定的手性生物標(biāo)志物時(shí)，手性等離子體超結(jié)構(gòu)與生物標(biāo)志物結(jié)合后，圓二色性信號的峰位可能會(huì)發(fā)生10-20nm的位移，強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生明顯的增強(qiáng)或減弱。通過精確測量這些變化，就可以實(shí)現(xiàn)對生物標(biāo)志物的高靈敏度檢測。這種基于手性等離子體超結(jié)構(gòu)的分子傳感技術(shù)具有極高的靈敏度和選擇性。其靈敏度可以達(dá)到皮摩爾（pM）甚至更低的水平，能夠檢測到極其微量的生物分子。在疾病早期診斷中，一些疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物含量極低，傳統(tǒng)的檢測方法難以準(zhǔn)確檢測，而手性等離子體超結(jié)構(gòu)分子傳感器能夠有效地檢測到這些微量的生物標(biāo)志物，為疾病的早期診斷提供了有力的技術(shù)支持。該技術(shù)還具有高度的選擇性，能夠特異性地識別目標(biāo)手性分子，減少檢測過程中的干擾。通過合理設(shè)計(jì)手性等離子體超結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，可以使其對特定的手性分子具有高度的親和力和特異性識別能力。在復(fù)雜的生物樣品中，能夠準(zhǔn)確地檢測出目標(biāo)手性分子，而不受其他非目標(biāo)分子的干擾。在手性分離領(lǐng)域，手性等離子體超結(jié)構(gòu)同樣展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。手性分離是指將對映體（具有相同分子式但空間結(jié)構(gòu)互為鏡像的兩種化合物）分離的過程，在藥物合成、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。手性等離子體超結(jié)構(gòu)可以利用其與對映體之間相互作用的差異，實(shí)現(xiàn)對映體的高效分離。由于手性等離子體超結(jié)構(gòu)對左旋和右旋對映體具有不同的親和力，當(dāng)混合的對映體與手性等離子體超結(jié)構(gòu)接觸時(shí)，不同對映體在超結(jié)構(gòu)表面的吸附和結(jié)合能力不同。左旋對映體可能與手性等離子體超結(jié)構(gòu)的結(jié)合更強(qiáng)，而右旋對映體的結(jié)合相對較弱。通過控制合適的條件，如溶液的pH值、離子強(qiáng)度等，可以使這種差異更加明顯。在一定的pH值條件下，左旋對映體與手性等離子體超結(jié)構(gòu)的結(jié)合常數(shù)可能是右旋對映體的2-3倍。利用這種差異，可以通過色譜、電泳等分離技術(shù)，將對映體分離開來。在手性色譜分離中，將手性等離子體超結(jié)構(gòu)修飾在色譜柱的固定相上，當(dāng)對映體混合物通過色譜柱時(shí)，不同對映體在固定相和流動(dòng)相之間的分配系數(shù)不同，從而實(shí)現(xiàn)分離。這種基于手性等離子體超結(jié)構(gòu)的手性分離方法具有高效、快速的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的手性分離方法相比，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對映體的高效分離。傳統(tǒng)的手性色譜分離可能需要數(shù)小時(shí)甚至更長時(shí)間，而基于手性等離子體超結(jié)構(gòu)的手性色譜分離可以將分離時(shí)間縮短至幾十分鐘，大大提高了分離效率。該方法還具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。五、基于DNA納米技術(shù)的納米表面精準(zhǔn)調(diào)控與手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的協(xié)同研究5.1協(xié)同作用原理DNA納米技術(shù)在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控與手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑中發(fā)揮著關(guān)鍵的協(xié)同作用，其協(xié)同機(jī)制涉及多個(gè)層面。在分子層面，DNA獨(dú)特的堿基互補(bǔ)配對特性為納米表面調(diào)控和手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑提供了精確的分子識別和組裝基礎(chǔ)。在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控中，利用DNA的堿基互補(bǔ)配對，可以將特定的分子或納米粒子精確地連接到納米表面。通過設(shè)計(jì)與納米表面修飾分子互補(bǔ)的DNA序列，將具有特定功能的分子，如熒光分子、生物識別分子等，精準(zhǔn)地固定在納米表面的特定位置，實(shí)現(xiàn)對納米表面性質(zhì)的精確調(diào)控。在構(gòu)建手性等離子體超結(jié)構(gòu)時(shí)，DNA的堿基互補(bǔ)配對同樣起著重要作用。可以設(shè)計(jì)DNA序列，使其自組裝形成具有特定形狀和結(jié)構(gòu)的納米模板，然后通過堿基互補(bǔ)配對，將金屬納米粒子精確地定位在模板的特定位置上，從而實(shí)現(xiàn)手性等離子體超結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)筑。通過設(shè)計(jì)具有螺旋結(jié)構(gòu)的DNA模板，利用DNA與金屬納米粒子表面修飾的互補(bǔ)DNA序列之間的堿基互補(bǔ)配對，將金屬納米粒子有序地組裝在螺旋模板上，形成具有手性特征的等離子體超結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)層面來看，DNA納米結(jié)構(gòu)的精確性和可編程性為納米表面調(diào)控和手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑提供了穩(wěn)定且精確的結(jié)構(gòu)框架。DNA納米結(jié)構(gòu)，如DNA折紙、DNA納米管等，具有高度精確的形狀和尺寸。這些結(jié)構(gòu)可以作為模板，引導(dǎo)納米表面修飾分子的有序排列，實(shí)現(xiàn)納米表面的精準(zhǔn)圖案化。以DNA折紙為模板，在其表面精確地定位金屬納米粒子，形成具有特定圖案和功能的納米表面結(jié)構(gòu)。在構(gòu)筑手性等離子體超結(jié)構(gòu)時(shí)，DNA納米結(jié)構(gòu)的精確性和可編程性使得金屬納米粒子的組裝更加精確和有序。通過設(shè)計(jì)三維DNA納米晶格結(jié)構(gòu)，將金屬納米粒子精確地組裝在晶格的節(jié)點(diǎn)上，形成具有特定手性光學(xué)性質(zhì)的等離子體超結(jié)構(gòu)。這種精確的組裝方式能夠有效調(diào)控手性等離子體超結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)，提高其性能和應(yīng)用效果。在功能層面，DNA納米技術(shù)賦予了納米表面和手性等離子體超結(jié)構(gòu)更多的功能和應(yīng)用潛力。在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控中，通過在DNA納米結(jié)構(gòu)上修飾各種功能分子，可以賦予納米表面新的功能。修飾具有生物識別功能的DNA適配體，使納米表面能夠特異性地識別和捕獲目標(biāo)生物分子，用于生物傳感和生物醫(yī)學(xué)檢測。在構(gòu)筑手性等離子體超結(jié)構(gòu)時(shí)，DNA納米技術(shù)可以引入多種功能模塊，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。將具有催化活性的分子整合到DNA納米結(jié)構(gòu)中，再以此構(gòu)建手性等離子體超結(jié)構(gòu)，使其具有不對稱催化功能，可應(yīng)用于藥物合成等領(lǐng)域。DNA納米技術(shù)還可以與其他技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)納米表面精準(zhǔn)調(diào)控和手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的協(xié)同效果。與光刻技術(shù)、化學(xué)合成法等傳統(tǒng)方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，提高制備效率和結(jié)構(gòu)精度。5.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法5.2.1材料與試劑實(shí)驗(yàn)所需的材料與試劑種類繁多，每種都在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮著不可或缺的關(guān)鍵作用。在DNA方面，主要選用了M13mp18單鏈?zhǔn)删wDNA作為腳手架鏈，其長度為7249個(gè)核苷酸，具有高度的穩(wěn)定性和可操作性，為后續(xù)的DNA納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。還需要多種短鏈DNA（訂書釘鏈），這些訂書釘鏈的序列根據(jù)具體的DNA納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求而定，通過化學(xué)合成的方法獲得，其純度需達(dá)到95%以上，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。納米顆粒方面，選用了直徑為10nm、20nm和50nm的金納米顆粒（AuNPs），這些金納米顆粒具有良好的光學(xué)性質(zhì)和化學(xué)穩(wěn)定性，是構(gòu)建手性等離子體超結(jié)構(gòu)的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)對納米顆粒表面的精準(zhǔn)修飾，還需要巰基修飾的DNA（SH-DNA），其序列與用于構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)的DNA互補(bǔ)，通過巰基與金納米顆粒表面的強(qiáng)相互作用，實(shí)現(xiàn)DNA在納米顆粒表面的固定。在試劑方面，準(zhǔn)備了Tris-HCl緩沖液，其濃度為10mM，pH值為7.4，用于維持實(shí)驗(yàn)體系的酸堿度穩(wěn)定，為DNA自組裝和納米顆粒表面修飾等反應(yīng)提供適宜的環(huán)境。還使用了MgCl?溶液，濃度為100mM，Mg2?離子在DNA自組裝過程中起著關(guān)鍵作用，它可以中和DNA分子上的負(fù)電荷，減少DNA鏈之間的靜電排斥力，促進(jìn)堿基互補(bǔ)配對和自組裝的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中還用到了乙醇、異丙醇等有機(jī)溶劑，用于DNA和納米顆粒的清洗和純化，去除雜質(zhì)和未反應(yīng)的物質(zhì)，提高樣品的純度。5.2.2實(shí)驗(yàn)步驟利用DNA納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米表面精準(zhǔn)調(diào)控及手性等離子體超結(jié)構(gòu)構(gòu)筑的實(shí)驗(yàn)流程涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟，每個(gè)步驟都需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，以確保實(shí)驗(yàn)的成功和結(jié)果的準(zhǔn)確性。在DNA納米結(jié)構(gòu)制備階段，以DNA折紙術(shù)為例，首先使用caDNAno軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在軟件中，根據(jù)目標(biāo)納米結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸要求，繪制出相應(yīng)的輪廓，如設(shè)計(jì)一個(gè)邊長為100nm的正方形DNA折紙結(jié)構(gòu)，在軟件界面中精確繪制出正方形的輪廓。軟件會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的算法，將輪廓轉(zhuǎn)化為DNA長鏈（M13mp18單鏈?zhǔn)删wDNA）的折疊路徑，并生成相應(yīng)的訂書釘鏈序列。根據(jù)生成的序列，通過化學(xué)合成的方法制備訂書釘鏈。將制備好的訂書釘鏈與腳手架鏈（M13mp18單鏈?zhǔn)删wDNA）按照一定的摩爾比（通常為10:1-20:1）混合在含有10mMTris-HCl緩沖液和100mMMgCl?的溶液中，總體積為100μL。將混合溶液放入PCR儀中，進(jìn)行溫度循環(huán)退火處理。先將溫度升高至95°C，保持5分鐘，使DNA分子充分變性；然后以每10分鐘降低1°C的速度緩慢降溫至25°C，在降溫過程中，訂書釘鏈會(huì)逐漸與腳手架鏈上的互補(bǔ)區(qū)域結(jié)合，引導(dǎo)腳手架鏈按照設(shè)計(jì)的形狀進(jìn)行折疊，最終形成目標(biāo)DNA納米結(jié)構(gòu)。得到的DNA納米結(jié)構(gòu)粗產(chǎn)品需要進(jìn)行分離純化。采用聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）的方法，將粗產(chǎn)品加載到8%的聚丙烯酰胺凝膠上，在100V的電壓下電泳1-2小時(shí)。由于正確折疊的DNA納米結(jié)構(gòu)與未反應(yīng)的訂書釘鏈、雜質(zhì)等在凝膠中的遷移速度不同，通過切割凝膠并回收目標(biāo)條帶，即可得到純化的DNA納米結(jié)構(gòu)。在納米表面精準(zhǔn)調(diào)控步驟中，以DNA修飾金納米顆粒為例，首先對金納米顆粒進(jìn)行預(yù)處理。將一定量的金納米顆粒溶液（濃度為1nM）離心，轉(zhuǎn)速為10000rpm，時(shí)間為10分鐘，去除上清液，然后用含有10mMTris-HCl緩沖液和100mMNaCl的溶液重新分散金納米顆粒，重復(fù)離心和分散步驟3次，以去除雜質(zhì)和穩(wěn)定劑。將巰基修飾的DNA（SH-DNA）加入到預(yù)處理后的金納米顆粒溶液中，SH-DNA與金納米顆粒的摩爾比為100:1，在室溫下孵育12-24小時(shí)，使SH-DNA通過巰基與金納米顆粒表面的強(qiáng)相互作用，實(shí)現(xiàn)DNA在納米顆粒表面的固定。孵育結(jié)束后，通過離心（轉(zhuǎn)速為10000rpm，時(shí)間為10分鐘）去除未結(jié)合的SH-DNA，然后用含有10mMTris