郝強(qiáng)軍， 葉 子， 溫 蓓， 彭漢勇

（1. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心， 環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100085；2. 中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院， 環(huán)境學(xué)院， 杭州 310024；3. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049）

隨著納米材料研究的深入進(jìn)行， 對高效、 精準(zhǔn)合成納米材料的需求日益增加［1］. 納米材料的合成方法主要包括電或化學(xué)還原法、 沉淀法、 水解法及熱解法等［2］， 但由于化學(xué)合成的反應(yīng)體系中影響因素較多， 納米材料形貌控制機(jī)理尚未完全清晰， 包括尺寸、 晶面、 缺陷、 配位數(shù)及界面等［3］， 而納米材料形貌的變化會(huì)引起其理化性質(zhì)和功能的改變， 導(dǎo)致材料性能不穩(wěn)定［4～6］. 為解決這一難題， 常采用模板法提高化學(xué)合成方法對納米材料形貌的控制， 同時(shí)模板自身性質(zhì)可以增加材料功能的多樣性. 常見的合成模板包括二氧化硅、 碳納米管、 聚合物、 表面活性劑和核酸鏈等［7，8］. 相較于其它模板材料， 核酸分子具有毒性低、 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)， 因此， 基于核酸鏈介導(dǎo)構(gòu)建復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)材料成為納米技術(shù)的重點(diǎn)研究方向之一［9］.

將不同序列的核酸鏈通過鏈組裝方式構(gòu)建出有序的納米結(jié)構(gòu)， 作為后續(xù)合成納米材料的模板， 在調(diào)控納米材料結(jié)構(gòu)與形貌方面展現(xiàn)出良好的性能［10，11］. 核酸鏈作為一種長鏈生物分子， 尺寸可調(diào)， 穩(wěn)定性和生物相容性高， 可與離子作用的活性位點(diǎn)多， 已在金、 銀、 銅、 鉑及硅等不同類型的納米材料合成中得到應(yīng)用［12，13］. 利用核酸鏈模板調(diào)控納米顆粒的生長， 對顆粒形貌進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控， 生成新形貌的納米材料， 能夠帶來新的理化性質(zhì)， 同時(shí)改善了納米材料尺寸的均一性. 核酸介導(dǎo)的納米材料兼具核酸和納米材料的優(yōu)異性能， 在分子檢測［14］、 催化［15～17］、 生物醫(yī)學(xué)成像和疾病治療［18～22］等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［23，24］.

1 核酸介導(dǎo)納米材料合成的基本原理

核酸包括脫氧核糖核酸（DNA）與核糖核酸（RNA）， 由糖-磷酸骨架構(gòu)成基本骨架， 遵循Waston-Crick堿基互補(bǔ)配對理論， 所包含的核苷酸序列決定了DNA或RNA的結(jié)構(gòu)和功能. DNA雙鏈具有穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)， 在B 型DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)中， 相鄰堿基對的間距為0.34 nm， 螺旋直徑2 nm［25～27］［圖1（A）］， 而單鏈DNA則隨序列和存儲(chǔ)條件的變化生成多種不同構(gòu)象［28］， 骨架上有更多的自由活性基團(tuán)， 能夠通過靜電、 氫鍵與金屬離子相互作用， 因此通過核酸介導(dǎo)金屬納米材料的合成主要采用單鏈DNA（ssDNA）［29］或單鏈RNA（ssRNA）［30］.

核酸鏈中磷酸基團(tuán)和雜環(huán)上的氮、 氧原子都呈負(fù)電性， 為金屬陽離子提供了不同的結(jié)合位點(diǎn)［25，31，32］. 在生理pH條件下， 堿基A 中的N1， N3和N7對正電荷H+的親和力大小順序?yàn)镹1＞N7＞N3， 其中N1是金屬陽離子的主要結(jié)合位點(diǎn)， 僅在強(qiáng)酸性條件下N1被質(zhì)子化時(shí)， N7才參與結(jié)合. 堿基C與金屬陽離子結(jié)合的位點(diǎn)有： N3， C2=O和C4—NH2. 在pH=7～9時(shí)， 堿基T或U的N3丟掉質(zhì)子， 與過渡金屬離子（如Hg2+， Pt2+等）有較強(qiáng)的結(jié)合能力， 同時(shí)還有另外兩個(gè)位點(diǎn)C2=O 和C4=O. 堿基G 中N7和C6=O 是金屬陽離子的主要結(jié)合位點(diǎn)， 與N7結(jié)合的金屬離子能夠同時(shí)與C6=O 發(fā)生作用， 形成穩(wěn)定的絡(luò)合物［33，34］［圖1（B）］. 堿基通過強(qiáng)配位相互作用在DNA與金屬結(jié)合過程中起主要作用［35～37］， 而疏水相互作用或范德華力的作用都是在雜環(huán)氮原子和外環(huán)官能團(tuán)， 與配位作用相比作用力較弱.

堿基性質(zhì)差異影響了不同序列DNA或RNA與金屬離子的相互作用， 改變了核酸鏈表面金屬離子的結(jié)合狀態(tài)， 從而為金屬納米材料生長提供了多樣性. 如， 在核酸介導(dǎo)AuNPs的生長過程中， 采用不同堿基DNA鏈作為模板， 能夠產(chǎn)生不同形狀的納米材料， 其中堿基與Au核的親和力影響金納米顆粒（AuNPs）的最終形狀， 親和力大小順序?yàn)锳＞C＞G＞T. 堿基在金表面上的遷移率影響AuNPs 的粗糙度，遷移率大小順序?yàn)锳＜G≈T＜C. 聚腺嘌呤核苷酸（poly A）是DNA中唯一導(dǎo)致形成表面粗糙顆粒的寡核苷酸. 堿基A與Au核結(jié)合最穩(wěn)定， 在表面上的遷移率較低， Au僅生長在DNA未結(jié)合的位置， 生成粗糙的表面； 而堿基C在Au核表面則相對自由， Au均勻生長產(chǎn)生光滑的表面［38］.

在核酸鏈介導(dǎo)納米材料的生長過程中， 金屬在磷酸鹽骨架上有規(guī)律地沉積， 提高了納米材料粒徑的均一性， 并減少了團(tuán)聚［34，35］. Hinds等［39］提出的生長過程如下： （1） 起始階段： 核酸鏈上的堿基與金屬陽離子結(jié)合， 形成核酸-金屬結(jié)合的納米小簇前體； （2） 顆粒生長階段： 納米小簇通過電荷相互作用向熱力學(xué)更穩(wěn)定的方向上聚集， 形成大團(tuán)簇； （3） 反應(yīng)終止階段： 當(dāng)顆粒達(dá)到臨界尺寸時(shí)， 核酸鏈在納米顆粒表面形成靜電殼層， 終止生長過程， 并抑制納米顆粒團(tuán)聚， 保持良好的分散性.

2 核酸介導(dǎo)不同納米材料的合成策略

在核酸介導(dǎo)納米材料合成過程中， 核酸主要通過兩種方式介導(dǎo)納米材料生長： 一種是作為模板，通過對核酸序列進(jìn)行編程設(shè)計(jì)， 形成具有特定三維結(jié)構(gòu)的模板， 通過核酸模板與金屬離子相互作用沉積在模板上， 從而生成特定形狀的納米材料； 另一種是作為種子， 通過非特異性吸附或化學(xué)鍵將核酸組裝在納米顆粒表面， 制備核酸修飾的晶核， 再加入金屬離子與核酸相互作用， 在晶核表面生長形成更大的顆粒. 本節(jié)綜述了主要的幾種不同材質(zhì)納米材料在不同化學(xué)反應(yīng)類型（包括還原法、 沉淀法和水解法等）下， 使用核酸介導(dǎo)納米材料生長的合成路線、 機(jī)理、 形貌表征和影響因素等.

2.1 還原法合成DNA介導(dǎo)金、 銀、 銅、 鉑納米顆粒

金、 銀、 銅、 鉑金屬離子通過與DNA鏈相互作用， 在DNA鏈周圍富集后， 加入還原性試劑， 如硼氫化鈉（NaBH4）、 檸檬酸和對苯二酚等， 可將金屬離子還原成單質(zhì)或穩(wěn)定金屬化合物， 從而在DNA鏈上沉積生長［27］［圖2（A）］.

在金納米晶核上修飾不同堿基組成的單鏈DNA 能夠?qū)罄m(xù)金納米外殼的生成進(jìn)行調(diào)控［38］［圖2（B）］， 控制顆粒的形狀［40］. 如， poly A合成的納米顆粒是具有粗糙表面的圓形納米片； 聚胸腺嘧啶核苷酸（ploy T）介導(dǎo)的納米顆粒生長成六角納米星； 聚胞嘧啶核苷酸（poly C）合成的顆粒是具有光滑表面的圓形納米片； 而由聚鳥嘌呤核苷酸（poly G）產(chǎn)生的顆粒則為六邊形納米片. 這是由DNA與AuNPs晶面的親和力及堿基在金表面上的遷移率所決定的， 嘌呤比嘧啶更強(qiáng)烈地吸附在金表面上， 引導(dǎo)金納米種子向不同的方向生長. 通過DNA折紙術(shù)構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)的DNA模板也能對納米材料的形貌進(jìn)行精準(zhǔn)控制［41.42］［圖2（C）］. 帶正電荷的金納米簇（AuNCs）被吸附在帶負(fù)電荷的DNA折紙模板上， 形成預(yù)種子結(jié)構(gòu)， 加入Au+后金離子被還原并聚集在金簇上， 最終生長成特定形狀的金納米材料， 其形貌與DNA折紙模板相匹配， 合成出環(huán)形、 桿狀和片狀金納米結(jié)構(gòu). Harb 等［43］在DNA 折紙模板上制備出金納米線. DNA折紙結(jié)構(gòu)上修飾特定的延長DNA序列， 通過堿基互補(bǔ)配對將DNA修飾的AuNPs附著到加長的主鏈上， 高密度延伸的DNA鏈?zhǔn)笰uNPs能夠緊密地堆積在DNA折紙修飾的區(qū)域中.

DNA介導(dǎo)銀納米顆粒（AgNPs）的生長同樣也受模板鏈上堿基組成的影響， 但生成的顆粒形貌卻與AuNPs不同. 銀納米棱柱由poly C和poly G介導(dǎo)合成， 而銀束和銀盤分別由poly A和poly T介導(dǎo)合成.DNA對AgNPs具有不同的親和力（C＞G＞A＞T）， 較高的結(jié)合親和力導(dǎo)致Ag+的沉積速率較慢， 生長速率較慢［44］. DNA介導(dǎo)AuNPs的形貌高度依賴于堿基組成及其二級結(jié)構(gòu)， 但DNA的長度對AgNPs的生長幾乎沒有影響［45］. 在DNA 折紙術(shù)構(gòu)建的三角形模板上， ssDNA 被延伸出DNA 折紙模板， 通過靜電吸附Ag+離子， NaBH4的加入使Ag+還原為Ag0， 并在DNA模板架上形成簇， 使銀納米團(tuán)簇（AgNCs）選擇性結(jié)合在單鏈區(qū)域， 從而精準(zhǔn)控制后續(xù)AgNPs的生長位點(diǎn)［46］. 不同序列的單鏈DNA形成具有不同熒光發(fā)射波長的AgNCs， 熒光特異性合成的機(jī)理歸因于DNA模板對延伸鏈構(gòu)象的空間位阻效應(yīng)， 導(dǎo)致優(yōu)先合成具有特定尺寸分布的熒光AgNC 混合物. 利用AuNPs 作為底物， 將ssDNA 接枝在AuNPs 上作為AgNPs的合成模板. DNA修飾的AuNPs在含硝酸銀（AgNO3）、 聚乙烯吡咯烷酮和抗壞血酸鈉的反應(yīng)體系中合成了金-銀納米蘑菇結(jié)構(gòu)［47］. 此外， 通過電化學(xué)輔助還原法能制備DNA介導(dǎo)銀納米線， 將DNA負(fù)載到電極上后， 浸泡在Ag+溶液中一段時(shí)間， 隨后采用庫侖法電解還原DNA鏈上的Ag+， 使Ag+沉積在DNA鏈上成為銀納米線［48］.

DNA適配子與金屬離子親和力強(qiáng)， 既可以與金屬離子高效、 穩(wěn)定結(jié)合， 又能作為模板介導(dǎo)金屬納米材料的生長［圖2（D）］［49］. Jia等［50］在DNA折紙模板上預(yù)留Cu2+結(jié)合位點(diǎn)， 通過位點(diǎn)選擇性生長， 制備二維銅納米圖案， 在納米尺度上模仿印刷電路板. Pt2+與ploy G之間的相互作用力較強(qiáng)， 形成金屬配合物. Pt（Ⅱ）復(fù)合物與1個(gè)或2個(gè)堿基G結(jié)合， 形成Pt與DNA復(fù)合物， 其中最有利的結(jié)合位點(diǎn)是堿基G中的N7位置， 水解的Pt 配合物在幾分鐘內(nèi)配位. 之后， 將二甲胺硼烷加入溶液中， 將Pt（II）還原為金屬鉑， Pt在還原過程中沿著DNA鏈生長， 產(chǎn)生超薄的規(guī)律性金屬簇項(xiàng)鏈［32］.

還原法是目前最主要的DNA介導(dǎo)納米材料合成方法， 金屬均勻沉積在整個(gè)DNA結(jié)構(gòu)上， 但當(dāng)還原反應(yīng)速率過快時(shí)， 存在金屬不在DNA支架上沉積的問題， 導(dǎo)致產(chǎn)物結(jié)構(gòu)粗糙和不規(guī)則. 此外， 有些還原劑會(huì)破壞DNA結(jié)構(gòu)， 并殘留在納米顆粒產(chǎn)物上， 影響后續(xù)使用. 因此， 仍需開發(fā)沉積位點(diǎn)選擇性更高、 降低溶液中金屬均相成核的合成方法［27］， 如將還原基團(tuán)（醛基、 硼烷）修飾在DNA上， 賦予DNA模板、 還原劑和封蓋劑等功能［51］.

2.2 沉淀法合成DNA介導(dǎo)鐵、 鋅、 錫納米顆粒

鐵、 鋅等金屬納米顆粒的合成通常采用沉淀法， 通過調(diào)節(jié)溶液pH值， 可使金屬離子在DNA模板鏈上析出， 生成納米尺寸的金屬氧化物沉淀顆粒. Fe2+離子通過與DNA配位結(jié)合， 自組裝生成雜化納米球［圖3（A）］. Fe2+與DNA的摩爾比、 DNA堿基組成等均會(huì)影響Fe-DNA 納米顆粒的形貌和尺寸［52］. 結(jié)合在DNA磷酸骨架上的Zn2+在堿性條件下生成Zn（OH）2沉淀［圖3（B）］， 通過加熱促使其分解為穩(wěn)定的ZnO顆粒. ZnO納米顆粒沿著DNA鏈形成， 生成的顆粒形貌受DNA結(jié)構(gòu)調(diào)控［53］. 受ZnO納米顆粒合成的啟發(fā)， SnO2納米顆粒也可以通過沉淀法在DNA 鏈上實(shí)現(xiàn)自組裝［54］［圖3（C）］. SnCl2提供的Sn2+與DNA結(jié)合， 在堿性條件下形成Sn（OH）2沉淀， 通過加熱攪拌促使其分解為穩(wěn)定的SnO2顆粒. 沉淀法合成DNA介導(dǎo)納米材料的反應(yīng)時(shí)間短、 過程清晰、 成分簡單， 但其合成原理主要是依靠金屬離子沉淀反應(yīng)， 可利用其與DNA堿基的親和力不同來調(diào)控納米顆粒的尺寸及形貌.

Fig.3 Synthesis of DNA-mediated Fe, Zn and Sn nanoparticles by precipitation

2.3 水解法合成DNA介導(dǎo)無機(jī)硅納米材料

無機(jī)材料的可控合成具有較高的難度， 是納米材料研究領(lǐng)域的重要研究方向之一. DNA介導(dǎo)的無機(jī)材料合成為精準(zhǔn)控制納米材料的生長提供了一種新的手段. Liu等［55］報(bào)道了一種通過N-［3-（三甲氧基硅基）丙基］-N，N，N-三甲基氯化銨（TMAPS）和正硅酸四乙酯（TEOS） 共水解DNA 折紙的硅化方法［圖4（A）］， 合成了二氧化硅納米材料. 將溶液中預(yù)水解后帶正電的二氧化硅簇吸附到DNA折紙結(jié)構(gòu)上， 隨著進(jìn)一步生長， 二氧化硅簇最終在DNA 折紙結(jié)構(gòu)的表面形成均勻的二氧化硅層. 隨后，Nguyen等［56］通過溶膠-凝膠法進(jìn)一步優(yōu)化了文獻(xiàn)［55］的合成方案［圖4（B）］， 采用TMAPS作為共結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑（CSDA）. 該化合物含有一個(gè)帶正電荷的季銨基團(tuán)及硅氧烷基團(tuán)， 為二氧化硅前體四乙氧基正硅酸鹽（TEOS）提供結(jié)合位點(diǎn)， 從而使二氧化硅直接在DNA折紙結(jié)構(gòu)上生長. 該方法無需將二氧化硅前體事先吸附到DNA折紙結(jié)構(gòu)表面上即可實(shí)現(xiàn)單個(gè)DNA折紙物體在溶液中的硅化. Ding等［57］組裝出不同圖案的DNA折紙模板， 控制二氧化硅在模板上的生長位點(diǎn)， 生成與圖案一致的無機(jī)硅材料. 整個(gè)過程分為兩個(gè)階段： 第一階段， 兩種硅烷前體在堿性環(huán)境中迅速水解并形成小的帶正電荷的二氧化硅簇；第二階段， 帶正電荷的二氧化硅簇通過靜電相互作用緩慢接近DNA納米結(jié)構(gòu)表面， 在DNA納米結(jié)構(gòu)上形成均勻穩(wěn)定的二氧化硅殼［圖4（C）］.

Fig.4 DNA mediated inorganic silicon

2.4 還原法合成RNA介導(dǎo)鈀納米材料

與DNA性質(zhì)相似， RNA介導(dǎo)納米材料的形貌同樣受到堿基序列的調(diào)控. Pd是最常見的研究對象，通過體外選擇能夠合成六角型Pd顆粒的RNA序列（Pdases）. 將RNA序列與Pd顆粒一起孵育， 以RNA為封端劑， 抗壞血酸為還原劑， 可以控制Pd顆粒的生長. 5個(gè)吡啶基修飾的RNA序列（Pdases）可以合成出六角板形的Pd 顆粒， 而6 個(gè)非相關(guān)吡啶基修飾的RNA 序列在相同條件下合成出立方Pd 顆粒［58］.這證明了全長Pdases含有活性位點(diǎn)， 能夠作為顆粒形狀控制的介導(dǎo)劑， 對有機(jī)金屬配合物進(jìn)行特異性的分子識別. 將修飾硫醇基團(tuán)突出鏈與DNA折紙結(jié)合， 然后與Pd前驅(qū)體混合. Pd2+吸附在DNA折紙表面的巰基位點(diǎn)上. 通過NaBH4進(jìn)一步還原Pd2+離子， 使其生長成DNA 折紙上預(yù)先定義的形狀［59］. 此外， 另一種合成Pd 的方法是將RNA 共價(jià)固定在AuNPs 表面上， 以AuNPs 作為載體， 組裝六方和立方Pd納米顆粒的Pdase 共價(jià)連接到Au 底物上. 在此過程中， 單個(gè)RNA 分子足以使納米顆粒成核并控制這些粒子的形狀. 將形成Pd 六方體的RNA 編碼與Pd 立方的RNA 編碼與金載玻片結(jié)合， 在含有［Pd2（DBA）3］的溶液中培養(yǎng)后， 在金載玻片自發(fā)還原形成了不同的六邊形和立方Pd顆粒點(diǎn)［60］.

2.5 沉淀法合成RNA介導(dǎo)鎘、 鉛納米材料

RNA可作為合成CdS納米顆粒的模板， 將含有Cd2+， S2-和轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）的溶液一鍋法沉淀合成CdS納米顆粒， tRNA介導(dǎo)合成的CdS納米顆粒是平均直徑為4.4 nm的球形顆粒. 與普通的CdS納米顆粒相比， RNA 介導(dǎo)的CdS表現(xiàn)出完全不同的電子、 光子和生物效應(yīng)［61］. 在介導(dǎo)CdS納米顆粒生長過程中， 核苷酸在晶體的成核、 生長和鈍化過程中發(fā)揮重要作用. RNA也是納米PbS顆粒成核和生長的有效基質(zhì)［62］. 在pH=9.8時(shí)， 將SH-加入到含有RNA的Pb2+溶液中， 沉淀生成包封RNA的PbS小顆粒， 而在不添加RNA的情況下， PbS顆粒快速團(tuán)聚， 生成大顆粒［63］.

3 核酸介導(dǎo)納米材料的應(yīng)用

納米材料的形態(tài)決定其光學(xué)、 催化及生物相容性等物理和化學(xué)性質(zhì). 核酸作為一種可編程精確控制結(jié)構(gòu)的材料， 在介導(dǎo)納米顆粒形成的過程中極大提高了對納米材料形貌和尺寸的控制精度， 從而能夠?qū){米材料性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控， 拓展了納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域.

核酸介導(dǎo)合成納米材料能夠產(chǎn)生獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì). DNA介導(dǎo)合成的AgNCs能夠通過改變DNA模板來調(diào)節(jié)發(fā)射光顏色［64，65］， 采用4條不同序列和長度的DNA鏈介導(dǎo)合成AgNCs， 發(fā)射光波段分別在橙色區(qū)域、 紅色區(qū)域和近紅外區(qū)域等. 影響發(fā)射波長的因素包括寡核苷酸長度和堿基序列， C和G各自具有羰基氧和雙鍵環(huán)氮， 而A僅具有雙鍵環(huán)氮， T（U）僅具有羰基氧， 這兩個(gè)位點(diǎn)的存在影響發(fā)射波長的穩(wěn)定性. 銀簇與各種ssDNA 序列之間的相互作用也可能會(huì)影響到發(fā)射波長， 銀簇是通過核堿基的π-π堆積或特定原子（氮或氧）相互作用. 4個(gè)堿基序列中， G與銀簇結(jié)合強(qiáng)烈， T更傾向于通過特定的原子（O4）與Ag 團(tuán)簇結(jié)合， 而其它的堿基更傾向于通過π-π堆積結(jié)合. 同時(shí)還能通過DNA 序列調(diào)節(jié)AgNCs上轉(zhuǎn)換發(fā)光功能［66］. 此外， 生長在dsDNA上的AgNPs具有手性光學(xué)性質(zhì)， 是由于多核苷酸固有的螺旋手性對AgNPs不對稱的生長誘導(dǎo)［67］. 只有生長在DNA模板上的AgNPs才有手性光學(xué)性質(zhì)， 而在溶液中生長后再與dsDNA結(jié)合的AgNPs 則沒有. 由于DNA和RNA的堿基類型和結(jié)構(gòu)的不同， 誘導(dǎo)合成的納米材料在光學(xué)性質(zhì)上有很大差別. DNA 模板合成的PbS NPs 的最大發(fā)射波長在1100 nm 處［62］，而RNA模板合成的PbS NPs的最大發(fā)射波長則在可見光區(qū)域～675 nm處［63］.

金屬納米顆粒的尺寸、 結(jié)構(gòu)和形狀影響著納米材料的催化活性， 通過核酸控制納米材料的合成能夠調(diào)節(jié)其催化性能. 鋨納米顆粒在烯烴氫化過程中的催化效果較差， 但DNA介導(dǎo)合成的鋨顆粒在催化環(huán)己烯轉(zhuǎn)化方面卻表現(xiàn)出高活性和良好的重復(fù)使用性［68］， 其主要原因是DNA 介導(dǎo)下鋨納米顆粒的尺寸超小和比表面積高. 通過DNA介導(dǎo)能夠在氧化石墨烯表面合成超細(xì)且均勻分布的CoAuPd NP［69］， 在甲酸脫氫過程中， CoAuPd/DNA/氧化石墨烯復(fù)合材料比單一組分的材料具有更高的催化活性.

核酸介導(dǎo)可以提高納米顆粒的分散性， 具有更好的生物相容性， 促進(jìn)納米材料在疾病診斷及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用. Yang 等［23］發(fā)現(xiàn)由DNA 介導(dǎo)合成的AgNPs 對HeLa 細(xì)胞的毒性效應(yīng)遠(yuǎn)低于普通AgNPs， 同時(shí)表現(xiàn)出更優(yōu)的抗菌性能. 采用3 種不同DNA 模板介導(dǎo)合成的AgNCs［包括28 個(gè)堿基（Ag-28b）、 19 個(gè)堿基（Ag-19b）及發(fā)夾結(jié)構(gòu)的DNA 鏈（Ag-HP）］均表現(xiàn)出較小的的細(xì)胞毒性效應(yīng)［24］， 其中Ag-HP介導(dǎo)合成AgNC的生物相容性最好， 在暴露濃度范圍內(nèi)（75 nmol/L～36 mmol/L） 細(xì)胞存活率都在80%～100%之間［24］. Martinez 等［70］篩選了一種DNA 模板， 可介導(dǎo)合成出高度穩(wěn)定的AgNCs， 其細(xì)胞毒性比與其它序列模板化的AgNCs更低. 更好的生物相容性是由納米材料與核酸堿基的不同相互作用以及納米顆粒與DNA復(fù)合物的空間位阻引起的， 它們可以改變納米材料暴露于細(xì)胞結(jié)構(gòu)的程度， 從而提高生物相容性. 此外， DNA在合成過程中嵌入納米顆粒之間， 使得尺寸更均一， 同時(shí)減少了納米材料的聚集與沉積， 降低了納米材料的細(xì)胞毒性［71］.

核酸介導(dǎo)合成的功能納米材料在光學(xué)、 催化和生物相容性等方面具有突出的優(yōu)勢， 已經(jīng)在環(huán)境污染物與生物標(biāo)志物檢測、 環(huán)境污染物催化降解、 細(xì)胞成像和藥物遞送等方面廣泛應(yīng)用.

3.1 分子檢測

目前在分子檢測中的應(yīng)用主要采用兩種方式： 一種是構(gòu)建基于核酸介導(dǎo)納米顆粒的探針， 通過測定目標(biāo)物對熒光信號的影響來進(jìn)行檢測； 另一種是基于目標(biāo)物影響核酸介導(dǎo)納米顆粒合成過程， 通過分析合成產(chǎn)物的量來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的檢測［35］［圖5（A）］. Han 等［72］利用適配體AS1411 以及對映異構(gòu)體DNA（L-DNA）模板介導(dǎo)合成的AgNC 作為生物穩(wěn)定的光學(xué)探針， 將適配體AS1411 添加到poly C 序列（C10）合成熒光適體-AgNCs探針. AS1411是眾所周知的核仁素適配體， 在一些惡性腫瘤細(xì)胞表面過表達(dá)， 可通過L-C10-AS1411-AgNCs 特異性識別和成像癌細(xì)胞［圖5（B）］. Qu 等［73］通過DNA 與石墨烯（GO）之間的π-π堆積相互作用， 合成DNA-GO-Pd雜化物， 在有氧的水溶液中作為Suzuki反應(yīng)的高效催化劑［圖5（C）］. Liu等［74］在DNA模板化介導(dǎo)二氧化硅納米球（MSN）上構(gòu)建AgNPs. 腫瘤細(xì)胞中的GSH等還原性物質(zhì)將AgNPs還原成銀離子， 暴露出二氧化硅納米球和負(fù)載藥物， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藥物在癌細(xì)胞中的靶向釋放［圖5（D）］. 可見， 核酸介導(dǎo)納米材料具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)， 在分子檢測應(yīng)用方面極具潛力［75］.

Fig.5 Diverse applications of nucleic acid mediated nanomaterials

核酸介導(dǎo)合成的金屬AgNCs具有較寬范圍的熒光發(fā)射帶， 通過改變堿基序列能夠覆蓋整個(gè)可見光和近紅外范圍［76］. 使用不同DNA模板介導(dǎo)合成的AgNCs作為熒光探針還能用于檢測Hg2+， Pb2+， Ag+等金屬離子［77，78］及毒素等環(huán)境污染物. Hg2+可以使AgNCs的熒光猝滅， AgNCs的熒光猝滅可能是通過Hg2+介導(dǎo)的粒子間聚集機(jī)制發(fā)生的. 通過游離羧酸（以AgNCs -配體共軛物表面的還原硫辛酸形式存在）進(jìn)行聚合［79］， 該羧酸容易與Hg2+發(fā)生相互作用. 通過對熒光的檢測達(dá)到檢測Hg2+的目的. 此方法的檢出限為5 nmol/L， 抗干擾能力強(qiáng)， 整個(gè)測試過程僅用時(shí)2 min. Zhu 等［80］利用含有poly T 和poly C 嵌段的DNA模板介導(dǎo)合成AuNCs作為檢測Hg2+的探針， 其原理是利用形成的T-Hg2+-T雙鏈誘導(dǎo)DNA-AuNCs聚集， 導(dǎo)致熒光減弱， 從而實(shí)現(xiàn)檢測Hg2+的目的. Chen等［81］開發(fā)了基于DNA介導(dǎo)合成的AgNCs的熒光傳感器， 用于檢測小麥的赭曲霉毒素A（OTA）， 該方法具有超高靈敏度， 檢測限低至2 pg/mL. Cao等［82］將DNA-AgNCs用于氰化物的檢測， 可選擇性地檢測低濃度的氰化物. Enkin等［83］開發(fā)了基于DNA雜交的AgNCs， 用于檢測爆炸物三硝基苯酚（TNP）. Liu 等［84］合成了DNA-AgNCs， 并將這種新型紅色納米探針應(yīng)用于檢測D-青霉胺（D-Pen）. 該方法可以檢測0.025～0.7 μmol/L 范圍內(nèi)的D-Pen， 檢測限低至8 nmol/L， 比其它熒光納米探針的靈敏度高1～3個(gè)數(shù)量級.

核酸介導(dǎo)合成的AgNCs分散性好， 具有良好的生物相容性， 能夠用于復(fù)雜生物體系中生物標(biāo)志物的檢測. Dadmehr 等［85］設(shè)計(jì)出DNA 介導(dǎo)的AgNCs 用于甲基化DNA 的檢測， 這種對甲基化DNA 的檢測可以直接用于癌癥早期診斷. Lee 等［86］利用寡核苷酸介導(dǎo)合成的AgNCs 檢測腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）， 可在0.1～10 μmol/L范圍內(nèi)檢測到ATP， 檢測限為33 nmol/L. 該DNA-AgNCs探針的實(shí)用性通過測定MDA-MB-231 乳腺癌細(xì)胞裂解物中的ATP 濃度得以驗(yàn)證. Liu 等［87］利用DNA 模板介導(dǎo)合成的AgNCs 的熒光可以被過氧化氫或醌猝滅的性質(zhì)， 分別檢測了產(chǎn)生過氧化氫的氧化酶或產(chǎn)生醌的酶.Wang等［88］將利用短鏈DNA介導(dǎo)合成的AgNCs用于檢測生物體中的生物硫醇. 利用銀與硫原子之間的配位作用形成Ag-硫醇絡(luò)合物， 這是一種熒光絡(luò)合物， 可通過檢測Ag-硫醇絡(luò)合物的熒光達(dá)到檢測生物硫醇的目的.

為了進(jìn)一步增強(qiáng)金屬納米簇的熒光強(qiáng)度， Lan 等［89］將Cu2+引入到DNA 介導(dǎo)合成AgNCs 的體系中，制備Cu/Ag合金納米團(tuán)簇的時(shí)間更短， 在同一波長下比單獨(dú)的AgNCs具有更強(qiáng)的熒光. Su等［90］開發(fā)了硫醇淬火DNA介導(dǎo)銅/銀合金納米團(tuán)簇探針的方法， 在Cu2+的存在下催化硫醇化合物氧化為二硫化物，恢復(fù)合金納米團(tuán)簇的熒光， 實(shí)現(xiàn)對Cu2+的檢測. Au/AgNCs 具有相似的性質(zhì)， 已被用于檢測碘離子［91］.Liu 等［92］利用DNA 介導(dǎo)合成的Ag-Au 合金納米簇可用作表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）底物， 實(shí)現(xiàn)對2，4，6-三硝基甲苯（TNT）和癌胚抗原的高靈敏檢測.

不同濃度的目標(biāo)分析物與核酸鏈結(jié)合能夠影響核酸介導(dǎo)納米顆粒的合成過程， 從而帶來金屬納米顆粒產(chǎn)物光學(xué)性質(zhì)或產(chǎn)量的變化. Liu等［93］提出了一種使用poly T的DNA單鏈介導(dǎo)CuNPs生長的策略來檢測Hg2+， 其中ss-DNA 模板中的堿基T 在CuNPs 熒光發(fā)射中具有主導(dǎo)作用. Hg2+介導(dǎo)的T-T 堿基對有利于熒光CuNPs的形成， 而對于其它金屬離子則沒有影響. Zeng等［94］提出使用隨機(jī)的dsDNA介導(dǎo)合成CuNPs 作為熒光探針來檢測Pb2+. 其中， 在dsDNA-CuNPs 傳感系統(tǒng)中加入Pb2+后， 熒光顯著降低.dsDNA-CuNPs對Pb2+的選擇性優(yōu)于其它金屬離子， 并且靈敏度高， 檢測限為5 nmol/L. Chen等［95］建立了利用Au/AgNCs 的熒光猝滅檢測S2-的方法， 通過硫化物的形式對S2-進(jìn)行檢測. Liu 等［96］使用dsDNA 模板介導(dǎo)合成銅納米簇（CuNCs）， 通過S2-與dsDNA-CuNCs 的相互作用， 使 dsDNA-CuNCs 探針的熒光強(qiáng)度發(fā)生變化， 從而檢測S2-， 可以在5 min 內(nèi)檢測到80 nmol/L 的S2-. Lei 等［97］發(fā)現(xiàn)Cu2+能與硫氰根離子（SCN-）反應(yīng)， 并基于此開發(fā)了一種基于DNA-CuNCs熒光猝滅檢測SCN-的方法. 當(dāng)不存在SCN-時(shí)， Cu2+被抗壞血酸還原后堆積在DNA 模板上， 呈現(xiàn)高熒光； 當(dāng)存在SCN-時(shí)， Cu2+與硫氰酸酯反應(yīng)后， 剩余未反應(yīng)的Cu2+被抗壞血酸還原， 產(chǎn)生少量的CuNCs和微弱的熒光.

目標(biāo)分析物與核酸鏈結(jié)合可改變納米顆粒的空間構(gòu)象， 產(chǎn)生光學(xué)性質(zhì)的變化. Zhang 等［98］使用M-DNA（Pb2+適配體）模板化的AgNCs檢測Pb2+， 原理是基于DNA模板中間的Pb2+適配體片段. 加入Pb2+后， Pb2+適配體與Pb2+之間的高度特異性和親和力導(dǎo)致適配體的構(gòu)象變化， 并使DNA-AgNCs相互聚集，從而顯著增強(qiáng)了AgNCs的熒光， 并使Pb2+的檢測變得靈敏（檢測限為3.0 nmol/L）. 該檢測方法是一種低毒、 簡單、 靈敏且選擇性強(qiáng)的Pb2+檢測方法， 已經(jīng)成功地應(yīng)用于實(shí)際水樣中Pb2+的檢測.

Yu等［99］提出了一種基于ssDNA- CuNCs 增強(qiáng)熒光的策略， 用于檢測三聚氰胺， 其檢測機(jī)理依賴于三聚氰胺與poly T之間產(chǎn)生的氫鍵鍵合顯著提高了ssDNA-CuNCs的熒光強(qiáng)度. 三聚氰胺與胸腺嘧啶堿基的強(qiáng)相互作用可以使poly T形成雙鏈poly T-三聚氰胺復(fù)合物. 雙鏈聚胸腺嘧啶穩(wěn)定CuNCs的熒光強(qiáng)度高于單鏈聚胸腺嘧啶穩(wěn)定CuNCs. 隨著三聚氰胺濃度的增加， 熒光增強(qiáng). Li 等［100］也開發(fā)了一種ssDNA-CuNCs探針， 通過探針的熒光猝滅實(shí)現(xiàn)對TNP的檢測. 加入TNP后， TNP中缺電子的硝基與供電子DNA模板之間形成供體-受體配合物， 導(dǎo)致TNP和CuNCs之間緊密接近. 此外， TNP的酸度有助于系統(tǒng)的pH值降低. 這些因素結(jié)合在一起， 顯著猝滅了DNA-CuNCs的熒光， 為TNP傳感提供了一種“信號關(guān)閉”策略. 該策略對TNP測定具有高靈敏度， 并獲得了0.03 μmol/L的檢測限， 低于使用有機(jī)熒光材料時(shí)的檢測限. Song等［101］利用DNA適配體模板介導(dǎo)合成CuNPs， 用于檢測ATP的濃度. ATP的添加可以有效地阻礙適配體衍生寡核苷酸的消化. 因此， 底物DNA 5′末端的剩余聚胸腺嘧啶可以作為紅色發(fā)光熒光CuNPs 的有效模板， 用于測定ATP 的濃度， 檢測限為93 nmol/L. Chen 等［102］開發(fā)了一種以ssDNA模板化的CuNCs為熒光探針檢測碘離子的方法. 當(dāng)I-存在時(shí)， 銅納米顆粒由于具有雙層電性和較大的表面積， 會(huì)吸收I-. 因此， 在碘化物和附近銅離子的存在下， ssDNA-CuNPs表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成CuI， 從而改變CuNCs熒光發(fā)射.

Lee 等［103］以胞嘧啶為模板合成了具有紅色熒光的AgNCs. Ag+的加入可使紅色熒光轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色熒光， Ag+通過在2個(gè)Cyt12-AgNCs之間形成橋梁， 誘導(dǎo)Cyt12-AgNCs的二聚體結(jié)構(gòu)， 其中Cyt12為胞嘧啶12-mer， 這種二聚體的形成導(dǎo)致Cyt12-AgNCs 的熒光從紅色變?yōu)榫G色. 該方法使用Ag+觸發(fā)熒光開關(guān)，對Ag+的檢測濃度低至10 nmol/L.

3.2 細(xì)胞成像

與分子檢測方法開發(fā)原理類似， 核酸介導(dǎo)的金屬納米材料作為光學(xué)探針在生物成像應(yīng)用上得到了快速發(fā)展. Yu等［104］用DNA-AgNCs進(jìn)行活細(xì)胞表面標(biāo)記， 通過抗原-抗體特異性作用對細(xì)胞表面目標(biāo)蛋白進(jìn)行高靈敏成像. 硫酸肝素（HS）是一種線性、 多硫酸鹽和高電荷的多糖， 附著在細(xì)胞表面基質(zhì)蛋白上； 將ssDNA偶聯(lián)到HS抗體上， 并用AgNCs標(biāo)記. 抗體偶聯(lián)的DNA-AgNCs與細(xì)胞表面HS鍵合， 進(jìn)行高靈敏成像. Antoku 等［105］將DNA-AgNCs 與脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染試劑共孵育， 顯著提高了AgNCs 的進(jìn)胞效率.Sun 等［106］采用一段Sgc8 適配體（CCRF-CEM 細(xì)胞核內(nèi)體的特異性適體）和一段poly C 序列的DNA 模板介導(dǎo)合成AgNCs， 通過修飾特定的DNA模板與人急性淋巴細(xì)胞白血病T淋巴細(xì)胞（CCRF-CEM）的細(xì)胞核進(jìn)行特異性結(jié)合， 從而實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞核的靶向成像. Wang 等［107］和Li 等［108］分別將AgNCs 直接沉積在AS1411和MUC1適配體支架上用于細(xì)胞成像. Zhang等［109］基于羥基自由基剪切DNA模板， 干擾AgNCs周圍的微環(huán)境而猝滅AgNCs 熒光， 設(shè)計(jì)出由羥基自由基激活的特異性DNA-AgNCs 細(xì)胞成像探針.Xu等［110］將適配體模板介導(dǎo)合成的AgNCs與聚乙烯乙二醇包被的超微釓氧化納米顆粒結(jié)合， 制備了一種用于光學(xué)/磁共振雙模態(tài)生物成像同時(shí)靶向癌細(xì)胞的納米探針， 適當(dāng)調(diào)整AgNCs 與氧化釓納米顆粒的比例， 可以提高探針的發(fā)射信號和磁共振信號. Shi 團(tuán)隊(duì)［111］利用DNA 精確調(diào)控普魯士藍(lán)納米顆粒（PBNPs）的形貌， 并給出了不同核酸序列介導(dǎo)PBNPs 呈現(xiàn)不同形貌的可能機(jī)理. 在生長過程中，C30/T30 誘導(dǎo)PBNPs 晶體成核， 并作為支架將花瓣緊密粘合. 相比之下， A30 或G10 的質(zhì)子化效率較低， 只有少量前驅(qū)體被吸附在DNA 鏈上， 因此形成了立方體堆積結(jié)構(gòu). 富含胞嘧啶的DNA（Oligo-C）介導(dǎo)的普魯士藍(lán)納米花（PB Nanoflowers） 具有優(yōu)異的光熱性能、 模擬過氧化物酶活性、 生物識別能力、芬頓催化性能和光散射性能， 可廣泛應(yīng)用于生物傳感及成像等領(lǐng)域.

3.3 催化降解

核酸介導(dǎo)的納米顆粒具有較大的比表面積和較高的表面活性， 通過改變核酸堿基序列和鏈的長度可以對納米材料的理化性質(zhì)進(jìn)行微調(diào)， 為設(shè)計(jì)具有獨(dú)特性質(zhì)的催化劑提供了新的思路. 通過對納米材料形狀和結(jié)構(gòu)的控制， 使其具備光熱、 模擬過氧化物酶及芬頓催化等性能， 在有機(jī)合成反應(yīng)、 污染物降解等領(lǐng)域極具潛力.

Wang等［112］合成了4種金屬-DNA納米雜化物（Pd， Au， Ag和Pt）， 作為硝基苯基化合物氫化為苯胺衍生物過程的催化劑， 產(chǎn)生的催化活性從高到低依次為Pd-DNA， Pt-DNA， Au/Ag-DNA， 同時(shí)Au-DNA在1-苯基乙炔醇的氧化反應(yīng)中有著良好的重復(fù)使用性. Hori等［113］用DNA模板化鈀納米粒子（PdNPs）作為氫化反應(yīng)和Suzuki-Miyaura 偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑， 連接苯基硼酸與芳基鹵化物之間的C—C 鍵. Mart等［114］將不同劑量的鈀前體Pd（OAc）2、 PdCl2與鮭魚精子DNA 混合進(jìn)行反應(yīng)生成Pd-DNA 催化劑， 提高了芳基溴化物與苯基硼酸的Suzuki-Miyaura交叉偶聯(lián)效率， 同時(shí)通過簡單的相分離回收催化劑， 可重復(fù)使用7個(gè)循環(huán). Higuchi等［115］使用DNA適配體介導(dǎo)Pt納米顆粒的生長， 合成的DNA-Pt納米酶不僅具有過氧化物酶的酶活性， 還保留了核酸適配體的特異性結(jié)合能力. Fu等［116］研究了poly G和poly C等對Pt納米酶活性的影響. Zhang 等［117］利用DNA 介導(dǎo)合成AgNCs 用于模擬過氧化物酶的催化特性， DNA/AgNCs的過氧化物酶特性為溶菌酶適配體傳感器提供了可檢測的電化學(xué)信號.

對硝基苯胺主要用作染料中間體、 分析試劑、 農(nóng)藥、 防腐劑和抗氧化劑， 被聯(lián)合國、 國際海事組織等定性為有毒污染物. Li等［118］利用插入基序DNA（i-motif DNA）介導(dǎo)合成不同大小的Pd納米團(tuán)簇， 用于還原對硝基苯酚， 由i-motif DNA的胞嘧啶堿基部分包圍的含有8～9個(gè)Pd原子的亞納米簇對硝基苯酚的還原效率最高. Zinchenko等［119］利用DNA水凝膠作為模板合成超小AuNPs， 在硝基苯酚轉(zhuǎn)化為氨基酚的氫化反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的催化活性. Kundu等［120］將DNA模板化的金納米線用于還原水溶液中的4-硝基苯胺（4-NA）與NaBH4； 此外， 還合成了線狀和蜂窩狀鋨納米簇（NC）， 用于還原對硝基苯胺.

四環(huán)素是新興污染物醫(yī)藥和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（PPCPs）中的一種， 因其在畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖中的大量使用在環(huán)境中造成一定的殘留， 目前成為一個(gè)較突出的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題. He等［121］采用水熱合成法合成了以DNA 為模板的Bi2MoO6納米材料， 在可見光照射下降解四環(huán)素（TC）的最佳光催化劑是γ-Bi2MoO6.γ-Bi2MoO6的光催化降解效率約為77.2%， 比α-Bi2MoO6提高了2.6%. 此外，γ-Bi2MoO6光催化劑表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性、 可循環(huán)利用等性質(zhì)， 在廢水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景.

3.4 其它應(yīng)用

隨著納米醫(yī)學(xué)研究的深入， DNA介導(dǎo)合成的功能性納米材料在疾病治療、 抗菌、 藥物遞送以及細(xì)胞毒性機(jī)制研究方面極具優(yōu)勢， 通過腫瘤微環(huán)境刺激包括pH值、 谷胱甘肽（GSH）及蛋白酶等產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)的響應(yīng)型改變， 從而進(jìn)行靶向治療. Mandal 等［122］發(fā)現(xiàn)生長在DNA 模板上的葉酸功能化Fe-Au 核殼納米粒子可以殺死癌細(xì)胞， 葉酸功能化使顆粒能夠?qū)Π┘?xì)胞標(biāo)記. Song 等［123］利用x形和y形DNA模板合成了支鏈結(jié)構(gòu)的納米金， 在近紅外區(qū)域具有寬闊的吸收波長， 可以作為治療癌細(xì)胞的高效光熱增敏劑， 實(shí)現(xiàn)癌癥的光動(dòng)力治療. Wang 等［124］合成了水溶性金包被的DNA 功能化單壁碳納米管（SWNTs）， 可使用近紅外（NIR）激光器作為激發(fā)源， 利用光熱效應(yīng)進(jìn)行腫瘤成像和治療. 最近， Zhao等［125］利用DNA 介導(dǎo)合成了超小硫化鉍納米顆粒， 該材料具有明確的納米結(jié)構(gòu)、 優(yōu)異的光漂白性和良好的水分散性， 可用于心肌梗死發(fā)生部位的光聲成像. Ocsoy等［126］采用dsDNA模板在氧化石墨烯表面制備AgNPs， 對番茄葉片上的黃單胞桿菌具有良好的抗菌效果. Zhou等［127］利用DNA 和表面活性劑與季銨鹽基團(tuán)的靜電絡(luò)合， 開發(fā)了一種超剛性DNA-HAP塊狀復(fù)合材料. 該材料具有高硬度和出色的抗菌能力， 適用于牙科鑲嵌.

DNA介導(dǎo)合成的納米材料在其它領(lǐng)域也展現(xiàn)出極高的應(yīng)用潛力， 包括納米電子學(xué)、 能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)等. Keren等［128］將采用DNA支架分子介導(dǎo)合成的碳納米管作為分子電子學(xué)的理想構(gòu)建模塊. Ongaro等［129］通過DNA 模板引導(dǎo)兩條金納米線的生長， 并將其用于納米電子器件， 在納米電子學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景. Peera等［130］提出利用DNA介導(dǎo)石墨納米纖維上Pt納米顆粒的生長， 制得的材料具有出色的分散性， 可提高電解質(zhì)燃料電池的氧還原反應(yīng)（ORR）電催化效率. Li等［131］采用ssDNA介導(dǎo)金屬Pt， 制備了可用作甲醇燃料電池陽極的材料.

4 總結(jié)與展望

本文從核酸介導(dǎo)納米材料合成的原理出發(fā)， 綜述了相關(guān)合成機(jī)理、 路線和材料性質(zhì)， 并概述了核酸介導(dǎo)功能納米材料在分子檢測、 催化、 疾病診斷和治療等方面的應(yīng)用進(jìn)展. 以核酸鏈作為模板的納米材料合成， 主要采用還原法、 沉淀法及水解法等方法， 是在溫和反應(yīng)條件控制納米材料尺寸和形貌的有力手段. 盡管基于核酸介導(dǎo)合成納米材料的技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展［132］， 但其理論和應(yīng)用研究仍面臨著諸多挑戰(zhàn)， 主要包括： （1） 核酸序列和二級結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣， 對不同金屬離子在模板上沉積的影響因素尚未完全明晰， 仍需完善核酸介導(dǎo)納米材料生長的理論基礎(chǔ)； （2） 已開發(fā)的核酸介導(dǎo)金屬或非金屬材料種類有限， 對于不同類型材料受核酸鏈精準(zhǔn)調(diào)控結(jié)構(gòu)后帶來的新理化性質(zhì)難以預(yù)測； （3） 核酸鏈模板通常較短， 且均為實(shí)驗(yàn)室合成， 成本相對較高， 因而利用生物體內(nèi)天然生物大分子介導(dǎo)合成新材料將成為重要發(fā)展方向之一， 如長鏈核酸模板、 蛋白質(zhì)分子等； （4） 現(xiàn)階段核酸介導(dǎo)納米材料合成方法仍處于納米尺度， 尚未拓展至微米或更大尺寸， 而將核酸鏈介導(dǎo)生長與組裝相結(jié)合， 如DNA 折紙術(shù)，有望實(shí)現(xiàn)對大尺寸材料進(jìn)行形貌、 結(jié)構(gòu)控制.