与DNA结构耦合的金纳米粒子的能量传输

慕尼黑路德维希-马克西米利安大学 (LMU) 的科学家蒂姆·利德尔 (Tim Liedl) 使用 DNA 结构作为支架，表明精确定位的金纳米粒子可以作为高效的能量传输器。

自该领域于 2006 年成立以来，世界各地的实验室一直在探索使用“DNA 折纸”来组装复杂的纳米结构。该方法基于具有确定序列的 DNA 链，这些序列通过局部碱基配对相互作用。“在具有适当序列的短链的帮助下，我们可以将长 DNA 分子的特定区域连接在一起，就像通过以某种方式折叠一张平板纸来形成三维结构一样，”物理学院的 Tim Liedl 教授说在 LMU 解释道。

图像和镜像

Liedl 现在已经使用 DNA 折纸来构建手性物体，即不能通过任何旋转和平移组合叠加的结构。相反，他们拥有“惯用手”，并且是彼此的镜像。这些对通常在物理特性上有所不同，例如，它们吸收偏振光的程度不同。可以通过多种方式利用这种效果。例如，它是 CD 光谱(这里的“CD”代表“圆二色性”)的基础，这是一种用于阐明化合物甚至整个蛋白质的整体空间构型的技术。

为了组装手性金属结构，Liedl 和他的团队合成了复杂的 DNA 折纸结构，这些结构为球形和棒状金纳米粒子的附着提供了精确定位的结合位点。因此，支架用作模板或模具，用于将纳米颗粒放置在预定位置和定义的空间方向。“人们可以仅根据金纳米粒子的排列来组装手性物体，”Liedl 说

金不仅具有化学稳定性，而且作为一种贵金属，它表现出所谓的表面等离子体共振。等离子体是当光与金属结构表面相互作用时产生的相干电子振荡。“人们可以将这些振荡想象成当一瓶水与其长轴平行或成直角摇动时激发的波，”Liedl 说。

金纳米粒子作为能量传输器

在空间连续的金粒子中激发的振荡可以相互耦合，而 Liedl 实验中的等离子体由于它们在折纸支架上的手性配置而表现为图像和镜像。“我们的 CD 光谱测量证实了这一点，”Liedl 说。在实验中，手性结构用圆偏振光照射，吸收水平测量为输入的百分比。这使得右手和左手布置能够彼此区分。

原则上，两根金纳米棒应该足以构建手性物体，因为它们可以排列成L形或倒L形。 然而，实验中使用的金棒相距较远(在纳米尺度上)并且其中一个激发的等离子体对另一个产生的等离子体几乎没有影响，即两者几乎没有相互耦合。但是 Liedl 和他的同事们有一套诡计。通过对折纸结构的适当重新设计，他们能够在一对 L 形棒之间放置一个金纳米球，这有效地放大了耦合。CD 光谱揭示了能量转换的存在，从而证实了该团队从模拟中得出的假设。

Liedl 设想了两种潜在的设置，这些纳米结构可以在其中找到实际应用。它们可用于检测病毒，因为病毒核酸与金颗粒的结合会放大 CD 信号。此外，手性等离子体发射器可以作为光学计算机中的模型切换设备，其中光学元件取代了作为电子计算机主力的晶体管。

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