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安徽醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院青年教師宋永波與合作者在金屬納米團(tuán)簇研究方面取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了原子精確納米團(tuán)簇的螺旋組裝，并在原子水平上解析了其形成機(jī)理。相關(guān)成果日前發(fā)表于《自然》。
長(zhǎng)久以來(lái)，利用脫氧核糖核酸的特殊性質(zhì)，無(wú)機(jī)納米顆粒可以通過(guò)對(duì)其表面修飾的方式構(gòu)建出各種螺旋組裝。然而，當(dāng)沒(méi)有這類(lèi)生物配體存在時(shí)，螺旋結(jié)構(gòu)往往難以實(shí)現(xiàn)，更無(wú)法解釋其形成機(jī)理。
宋永波與合作者通過(guò)對(duì)納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確控制，得到了異質(zhì)二聚結(jié)構(gòu)的Au29團(tuán)簇。結(jié)構(gòu)解析顯示，該團(tuán)簇分別繼承了Au30和Au28團(tuán)簇一半的幾何和電子結(jié)構(gòu)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)Au29團(tuán)簇在晶胞中展現(xiàn)出雙螺旋或四螺旋的組裝模式，并從原子水平深入解析了其形成機(jī)理。
在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，他們觀察到Au29的兩個(gè)手性對(duì)映體，且每個(gè)對(duì)映體上都有四個(gè)不同的表面基序結(jié)構(gòu)，兩個(gè)繼承自Au28，另兩個(gè)繼承自Au30。在自組裝中，任意Au29納米團(tuán)簇的C1基序總是與相鄰對(duì)映體上的C3基序形成結(jié)構(gòu)匹配，而L1基序總是與L3基序形成結(jié)構(gòu)匹配。當(dāng)納米顆粒相互靠近形成有序的超晶格時(shí)，各向異性的相互作用力使得Au29旋轉(zhuǎn)至每個(gè)納米團(tuán)簇都能與相鄰團(tuán)簇達(dá)到一種結(jié)構(gòu)匹配上的平衡，從而最終形成雙（四）螺旋的自組裝結(jié)構(gòu)。
原子精確的納米團(tuán)簇可以用來(lái)闡明常規(guī)納米顆粒至今無(wú)法闡述的問(wèn)題，讓大家清楚地“看見(jiàn)”納米顆粒表面究竟有什么，納米顆粒之間的相互作用究竟如何發(fā)生，探索納米顆粒的組裝原理及功能調(diào)控。宋永波表示，在無(wú)機(jī)納米顆粒的組裝中直接觀察到雙（四）螺旋這種生物特征非常神奇，為在原子水平上揭示有機(jī)體與無(wú)機(jī)體之間的共性提供了橋梁和探索途徑。未來(lái)，原子精確的納米團(tuán)簇將會(huì)在自組裝及材料的結(jié)構(gòu)—功能基礎(chǔ)研究中發(fā)揮更大作用。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03564-6
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