第一作者：Tokuhisa Kawawaki

通讯作者：Yuichi Negishi

通讯单位：上海交通大学

研究内容：

原子精确金纳米团簇（Au-NCs）是一类新兴的量子尺寸的纳米材料，具有离散的电子能级，这导致了一系列诱人的电子和光学应用。然而，缺乏将受疏水配体保护的Au-NCs转移到水溶液中的通用方法阻碍了它们在生理环境中的应用。在这里，我们开发了一种基于单链DNA的方法，可以将约90%的疏水性Au-NCs转移到水溶液中。我们从实验和理论上证明，DNA链和Au-NCs上的疏水配体层之间的多价静电和疏水相互作用导致在水溶液中具有高度物理完整性的单分散DNA包覆Au-NCs。金纳米团簇的荧光量子产率提高了约13倍，表面约束DNA保留了生物传感的特异识别能力。我们进一步证明了这种相转移方法的多功能性，因此在推进金纳米颗粒的生物和医学应用方面具有巨大潜力。

要点一：

该研究开发了一种简便、通用的方法，将疏水性Au-NCs转移到含有单链DNA的水溶液中。实验和理论研究表明，配体层和单链DNA之间的多价相互作用有助于高相转移产率。研究确定，单链DNA可以很好地控制Au NCs在水溶液中的单分散性，而不会影响其物理完整性。此外，形成的DNA壳层不仅可以提高金纳米颗粒的荧光量子产率和光稳定性，还可以赋予金纳米颗粒生物识别能力。

要点二：

通过成功地将另外两种具有不同核尺寸和壳化学性质的Au-NCs转移到水溶液中，验证了该方法的通用性。基于这些显著的优势，推断该研究所提出的相转移和表面功能化方法将为疏水性金纳米晶在生物领域的推广应用提供新的机会。

图1：单链DNA介导的疏水性金纳米团簇向水溶液的相转移。（a）将疏水配体封端的金纳米团簇转移到水溶液中的一步策略示意图。（b，c）使用传统转移试剂（MPA和MPEG-2000-DSPE）的相转移产物的TEM图像。（d） 转移到Au NCs的单链DNA的TEM和HADDF图像。

图2：Au NC/DNA的表征。（a） Au NC/DNA的凝胶电泳分析。（b） 疏水配体封端Au NC（蓝色）和Au NC/DNA（红色）的DLS分析。（c）金纳米团簇在二氯甲烷中的紫外-可见光谱（蓝色）和Au NC/DNA在水中的紫外-可见光谱（红色）。（d） Au NC和Au NC/DNA的质谱测量的理论和实验结果。

图4：模拟金纳米团簇和DNA之间的相互作用。（a）金纳米团簇上DNA结合的MD模拟的代表性快照。（b）和配体-碱相互作用（c），DNA向金纳米团簇的吸附能映射。（h） 不同长度的polyT DNA序列的吸附能。

图5：Au NC/DNA的光物理性质。（a）Au NC（蓝色）和Au NC/DNA（红色）在室温下储存15天的稳定性。（b）Au NC/DNA和Lysotracker Green在HeLa细胞中光稳定性的比较。（c） Au NC/DNA和Au NC的时间分辨荧光寿命（λex=501 nm）。（d） Au NC/DNA和Au NCs的荧光量子产率。

参考文献

Y u Li1, Hui Lu1, Zhibei Qu, Mingqiang, Haoran Zheng, Peilin Gu, Jiye Shi, Jiang Li1, Qian Li, Lihua Wang, Jing Chen, Chunhai Fan, Jianlei Shen. Phase transferring luminescent gold nanoclusters via single-stranded DNA.Science China Chemistry.2022. 

doi.org/10.1007/s11426-022-1238-2