DNA—納米粒子自組裝膠體可帶來智能材料

據物理學家組織網近日報導，瑞士聯邦理工學院（EPFL）和英國劍橋大學科學家合作開發出一種技術，用DNA鏈給納米粒子塗上一層塗層，能控制並引導兩種不同膠體的自動組裝。這種膠體粒子可用於製造新奇的自組裝材料，如智能遞藥補丁、隨光變色的新奇塗料等。相關論文發表在《自然·通訊》雜誌上。

膠體是一種物質在另一種物質中均勻分布而形成的。日常生活中人們能看到許多膠體，如牛奶、泡沫塑料、髮膠、塗料、泡沫刮鬍膏、膠水甚至灰塵、泥漿、煙霧等。膠體有很多獨特的性質，如布朗運動、電泳、丁達爾效應（光進入膠體發生散射並呈現出不同色彩）等，但更特殊的性質在於它們的自組裝能力：只在本身粒子的相互作用下，就能自然地聚集在一起，形成一種穩定的結構性排列，而無需外力幹預。通常只要溫度、光照等外部環境因素發生變化，膠體就會作出反應而發生這種自組裝。

在生物性膠體中，如DNA、蛋白質及其他大分子，自組裝通常是自組織的第一步，支撐著許多分子結構。但就技術方面來說，自組裝膠體用途更廣泛，人們對其研究得也更多。

如果兩種或更多種不同的膠體在一起，它們的自組裝會怎樣？瑞士聯邦理工學院約瑟佩·弗菲的小組與劍橋大學埃利卡·艾瑟的小組合作，共同解決了這一問題。艾瑟小組用不同的DNA鏈給螢光聚苯乙烯小球塗上一層塗層，讓小球外表變得毛毛的，作為粒子相互作用的手段，也可以用於標記不同的粒子，還能利用DNA序列的適配性給粒子間的相互作用編程。

利用DNA—塗層膠體，研究人員能控制兩種不同膠體微粒的自組裝進程。兩種膠體以一種「雙混」的形式混合在一起，最終形成了新的結構，並且它們聚集得更快，由此生成一種結構性「基架」，可以在上面裝配其他東西。利用DNA鹼基對的選擇性，研究人員對膠體外形的控制達到了前所未有的程度。

此外他們還發現了一種獲得自組裝結構的方法。由於膠體微粒對溫度變化的反應提供了高度特異性和可編程性，自組裝結構在很大程度上取決於溫度變化。弗菲說：「從某種意義上說，新結構保留著它們製備歷史的『記憶』。」

根據膠體外形數據和粒子相互作用的動態數據，研究人員推斷，這種方法並不局限於納米級物體，還可用於整個膠體範圍。此外他們預測，這種方法還有許多應用，如光反應塗料或智能補丁，智能補丁裡填充著裝有抗體或退燒藥的粒子，並能隨體溫或pH值變化起反應，釋放出這些粒子。