核-卫星结构金属纳米粒子（NP）组装体作为纳米结构逐渐被应用在传感、成像和治疗等方面。金纳米粒子(AuNPs)可以被合成成各种形状和大小，并与含有硫醇基团的表面配体功能化。因具有序列可定制以及互补链之间的杂交可逆的优点，硫醇化寡核苷酸是生物可编程NP结构的有效连接物。但由于球状纳米粒子具有均匀的表面曲率和反应性，且不同序列的DNA的化学和物理性质是相似的，因此要控制不同序列的DNA分布在纳米球上的特定位置是具有挑战性的。

近日，Teri W. Odom教授课题组在《J. Am. Chem. Soc.》上发表了题为“Light-Mediated Directed Placement of Different DNA Sequences on Single Gold Nanoparticles”的研究论文。文中，作者开发了一种通过光介导将不同的硫醇化DNA链修饰在单个各向异性的金纳米颗粒上的方法。该方法将修饰了DNA链的金纳米星（AuNS）在分支的等离子体共振处暴露在脉冲辐射下，其激发作用会选择性地在AuNS分支的尖端裂解Au - S键，从而产生可用于不同序列的硫醇化DNA链连接的空位，通过这种方法合成的纳米结构在AuNS的本体和分支上可连接一种DNA序列，而在其尖端可以连接另一种不同的DNA序列。这一过程使得在DNA杂交后，可在可控位置上形成包括AuNS核心和小的卫星金纳米粒子的超结构。该策略实现了单粒子水平的选择性寡核苷酸的呈现，在广泛的生物应用中非常重要，并为纳米级组件的复杂设计开辟了前景。

示意图1. 金纳米星（AuNS）分枝尖端的DNA置换原理。在脉冲辐射的作用下，金纳米粒子和DNA之间的Au−S键被破坏，因此紧密修饰了DNA1链（灰色）的AuNS首先会释放出尖端位置的DNA1，并且其DNA的解离程度受激光功率和辐射时间的控制。之后加入第二条硫醇化的DNA2链（红色），AuNS上尖端位置留出的空间可用于DNA2链的连接。

图1. AuNS核的光学特性。a) AuNS溶液的紫外-可见吸收光谱（归一化到最高峰）。b) 和c) 分别为含有一个和两个分支结构的AuNS的TEM图像。d,e) 在820 nm波长下的时域有限差分模拟表明，AuNS的近场增强依赖于入射光的偏振性质和分支的局域表面等离激元共振（LSP），从而实现了选择性的尖端DNA替换。

图2. 增强激光功率和延长辐射时间都会使得AuNS上DNA链的释放增加。从图中可以看到，随着激光功率（0.0-0.9 W/cm²）和曝光时间（4或10 s）的增加，更多的DNA链从AuNS上释放出来。由此证明了AuNS上的DNA链释放量是可控的。

图3. 经过辐射后的DNA1@AuNS上尖端位置周围的空位可用于DNA2链的连接。DNA1@AuNS在0.0-0.9 W/cm²的激光功率辐射下，在AuNS的尖端处释放出DNA1。加入DNA2链后连接在AuNS尖端的空位上实现AuNS的第二轮修饰。结合图2可以看出，在不同的激光功率和辐射时间下，DNA1的释放量和DNA2的连接量基本一致，且在无辐射作用时，没有DNA2链连接上AuNS。

图4. 核-卫星结构的AuNS的上层结构。由于在可见波长下NP的尺寸低于衍射极限，用于光学定量的Cy3标记的DNA2不能用于表征DNA2在AuNS上的位置，因此通过DNA杂交（DNA4@spheres）将5 nm的球形AuNPs连接到DNA2上，然后使用TEM来显示DNA2的位置，同时加入了一条与DNA2和DNA4@spheres都互补的DNA3链，用来克服来自带负电荷的DNA壳层的NP内部静电斥力，并增加杂交的发生。a) DNA2，DNA3和DNA4在核-卫星NPs之间的杂交示意图。b) DNA4@spheres杂交上DNA2@AuNS的TEM图像。c) DNA4@spheres杂交上经过辐射且在尖端处修饰了DNA2的 DNA1@AuNS （DNA1Body-DNA2Tips@AuNS）的TEM图像。d) DNA4@spheres杂交上经过辐射后且在尖端出修饰了DNA1的 DNA2@AuNS （DNA2Body-DNA1Tips@AuNS）的TEM图像。e) 根据DNA4@spheres分布在主体还是尖端位置，对各类型的110个AuNS的上层结构进行了分析，成功验证了该方法的可行性。

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c11699

编辑：王如佳

审核：曹琳歆

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