自上世紀(jì)80年代，紐約大學(xué)Seeman教授首度開(kāi)創(chuàng)DNA納米技術(shù)領(lǐng)域以來(lái)，DNA解鎖了遺傳基因以外的第二重身份——自組裝基元。DNA四種堿基(ATCG)之間穩(wěn)定的互補(bǔ)配對(duì)使其成為自下而上組裝超材料的理想單體。隨著DNA納米技術(shù)的發(fā)展，可定制結(jié)構(gòu)的DNA折紙走進(jìn)了科研人的視野。三維DNA折紙可以作為原子類似物組裝得到一系列高度有序的折紙晶體。同時(shí)，三維折紙的內(nèi)部空腔可負(fù)載各類納米客體，并隨著折紙載體的有序組裝得到多元超晶格。
DNA具備較好的修飾潛力，各類官能團(tuán)能夠通過(guò)特定機(jī)制精確連接到DNA結(jié)構(gòu)的既定部位。在DNA折紙晶格三維框架中的特定位置，預(yù)設(shè)具有環(huán)境響應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)基元，將有望在不破壞晶格框架的條件下實(shí)現(xiàn)原位的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而引發(fā)晶格體系的動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)換的前提則是要求在三維晶格中各向異性地遞送動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)基元，其依賴于DNA折紙組裝過(guò)程中嚴(yán)格的維度操控。 南京大學(xué)田野教授課題組，以正八面體DNA折紙為組裝單體，通過(guò)嚴(yán)格的維度操控策略，在三維晶格的選定維度預(yù)設(shè)了pH響應(yīng)的i-motif動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)基元，制備出在pH環(huán)境驅(qū)動(dòng)下具有原位相轉(zhuǎn)換能力的動(dòng)態(tài)折紙超晶格。 對(duì)折紙單體的差異化連接設(shè)計(jì)，保證了i-motif動(dòng)態(tài)基元在各維度間的精準(zhǔn)遞送。經(jīng)過(guò)細(xì)致退火的動(dòng)態(tài)折紙晶格可以在選定維度上原位實(shí)現(xiàn)單體間距的動(dòng)態(tài)可逆變化，從而引起晶格整體的動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)小角X射線散射表征，本文成功制備了兩類動(dòng)態(tài)超晶格，分別實(shí)現(xiàn)一維、二維上的定向結(jié)構(gòu)變化，完成簡(jiǎn)單立方晶格與簡(jiǎn)單四方晶格之間的動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)換。 文章也對(duì)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)換過(guò)程進(jìn)行了后續(xù)的深入研究與機(jī)制分析。動(dòng)態(tài)相轉(zhuǎn)換過(guò)程的唯一驅(qū)動(dòng)力是晶格環(huán)境的pH變化，在不借助熱力驅(qū)動(dòng)的溫和條件且不破壞晶格整體框架的情況下，動(dòng)態(tài)晶格能夠在數(shù)分鐘之內(nèi)響應(yīng)環(huán)境變化并完成相轉(zhuǎn)換。本文為構(gòu)建基于單一體系的多態(tài)切換系統(tǒng)提供了范本，同時(shí)也為構(gòu)建低對(duì)稱性自組裝晶格提供了新的思路。 論文信息 pH-Induced Symmetry Conversion of DNA Origami Lattices Yong Wang, Xuehui Yan, Zhaoyu Zhou, Ningning Ma, Ye Tian 該工作的第一完成單位為南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，第一作者為南京大學(xué)博士研究生王勇，通訊作者為田野教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202208290
