專利名稱：：Dna指導的納米顆粒組裝體的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及DNA指導的顆粒組裝體(assembly)領域，更具體i也，涉及DNA指導的顆招—組裝體的三維結構4匕。
背景技術：
：調節(jié)DNA基納米系統(tǒng)的動力學性能的能力只于于正形成的納米顆粒在感應、納米裝置組裝和基因遞送方面的應用是必需的。DNA基方法學利用DNA帽化納米材并+之間的可調節(jié)且可程序4b雜合。測系統(tǒng)，以及基于其新熔化/分解性質的檢測。目前，金屬(金、4艮、4白)、半導體(CdSe、CdTe、CdSeZnS)和,茲性(Fe203、FePt)納米顆粒的自組裝分為兩類有才幾溶劑基系統(tǒng)和水溶液基系統(tǒng)。每一類系統(tǒng)均具有其優(yōu)點和缺點。在有才幾溶劑系統(tǒng)中，納米顆粒用致密疏水配體外殼(烷基硫醇單層、聚合物、多齒配體)包封。這類納米顆粒的優(yōu)點在于該領i或較為成熟，顆粒非常穩(wěn)定，而且已經證實了多種用于表面上納米顆粒逐層組裝的組裝途徑或者溶液中的受控聚集。這類(納米顆粒)的缺點在于納米溶劑環(huán)境(甲苯、己烷等)以及缺少可調節(jié)的組裝后結構化。相反，雖然水基納米顆粒系統(tǒng)的使用還不成熟，但是它可以提供優(yōu)于有才幾溶劑系統(tǒng)的優(yōu)點。首先，它不涉及溶劑相關的環(huán)境問題，其次，這種系統(tǒng)適于利用生物學活性或生物學才莫擬表面包封對納米顆粒進行功能化。例如，自然界自組裝DNA、蛋白質、脂質和多種組分延伸架構的能力是人類的合成能力所無法比擬的。超材料(metamaterial)是一類有序的納米復合物，其表現(xiàn)出自然界中不易觀察到的獨特性能。為了在光學、磁學和醫(yī)藥領域中獲益于其應用，需要,人單個納米顆粒形成三維結構。目前的方法，包括刻蝕和傳統(tǒng)的自組裝方法，都受限于其制備具有可控順序和顆粒間距離的三維結構的能力。三維納米構件(nano-object)的精確定位和有序組織是形成功能裝置和新型磁性、電漿和光子超材料的關鍵，也是一個具有挑戰(zhàn)性且正在積極發(fā)展的納米科學前沿。由于幾何因素、電荷以及偶^L子和空間相互作用的孩史妙相互影響，已經觀察到未帽化納米顆粒二元混合物的各種自組裝有序相。由于顆粒間距離和裝配體(assemblage)結構的可調節(jié)性，人們二〖人識到一種使用生物分子來指導納米顆粒組裝的可替換方法是有利的。另外，生物相互作用的可尋址性可以允"i午合理形成多組分系統(tǒng)，而生物分子構象的豐富能量概貌則提供了動力學可重構系統(tǒng)的可行性。這些性能中部分已經通過所設計的蛋白質和DNA支架(其已被用來在一維和二維中定位納米構件)得到證實。DNA功能化孩史構件(micro-object)和納米構件的性能及其三維組裝體已經成為廣泛光學、結構和理i侖研究的課題。然而，借助于可尋址生物學相互作用的長程三維(3D)有序仍然有待于闡釋。
發(fā)明內容由于這些核酸功能化的系統(tǒng)適于進4亍更復雜的檢測以及越發(fā)復雜的自下而上進行構建，因此一種用于調節(jié)其組裝動力學的方案將是有益的。另外，利用相對較少的合成工作量來加工這樣的裝配體的能力以及在環(huán)境友好條件下(即水溶液)下開展實-驗的能力，對于該領域將是非常有益的。認識到控制組裝動力學的需求以及通過生物學相互作用形成具有長程三維有序的超材料(所謂的"生物激勵(bio-inspired)，，超用于產生它們的方法。在一些實施方式中，本發(fā)明提供了一種用部分互補的DNA序列功能化且具有長程有序性的兩種類型顆粒的裝配體。這些顆?？梢允羌{米構件、微構件或其他形式的顆粒。在一些實施方式中，功能化顆?；旧喜幌嗷プ饔茫彝ㄟ^獨立DNA(具有與兩種類型顆粒的DNA序列中的每一個互補的連接區(qū))序列加以連4妻。在一些實施方式中，顆粒是尺寸約0.1nm至約100nm的納米顆粒。在一些實施方式中，顆4立是尺寸約0.1]Lim至約100jam的獨bf立。一些實施方式描述了用于制備這樣的組裝體的方法。在一些實施方式中，兩種類型的顆并立通過它們的功能^:DNA相互作用而形成裝配體。在一些實施方式中，三種或更多種類型的顆粒形成裝配體的一部分。在一些實施方式中，這些裝配體是無定形(非晶形)的。在一些實施方式中，這些裝配體表現(xiàn)為長程晶序。一些具體實例可以既包括晶體又包括無定形區(qū)域。在一些實施方式中，顆粒裝配體的性能通過選擇DNA序列中互補和非互補節(jié)段的長度加以控制。在一些實施方式中，^見定互補和非互補或"中性"DNA的比率以控制該裝配體的某些性能。在一些實施方式中，受控的性能可以是裝配體的熔化溫度、裝配體中顆粒之間的距離、裝配體的結晶度、晶體結構等。一些實施方式提供了一種制備具有長程晶序的超材料的方法，其中使用至少兩種類型的DNA帽化顆粒，其沿各個DNA序列的相互互補節(jié)段連接而沿該DNA序列的非互補中性節(jié)段則未連接。在一些實施方式中，由包含兩種或更多種類型的顆并立(材沖+相同或不同)的超材^牛形成一種電漿晶粒，所述顆粒通過帽化這些顆粒的DNA的相互互補節(jié)段沿連接區(qū)而連接，而沿該DNA的中性節(jié)段區(qū)則未連4妄)。通過本文所述方法制備的超材料的一些實施方式提供了非常開放的晶體結構，其中功能化顆粒占該晶體體積的約10%以下。在一些實施方式中，這些開》丈式結構用作催化劑或用作催化劑的底物(或支持體,substrate)。應當理解，在本申請的上下文中，"中性(neutral)"是指DNA序列的非相互作用性質而不是指電荷分布。還應當理解，前述概括內容是本發(fā)明一些方面必要的簡要描述，這可以參考附圖和下文的詳細描述得到更好的理解。圖1A和IB示出了DNA介導的納米顆粒組裝的草圖。圖2A和2B示出了DNA誘導的具有互補單鏈(ss)DNA帽化的納米顆粒自組裝的剖面示意圖。圖3A、3B和3C示出了雜合前和雜合后具有互補和非互補ssDNA帽化的納米顆粒之間組裝的剖面示意圖。圖4A、4B、4C和4D代表裝配體的典型紫外-可見光譜(UV-Vis)、投射電子顯微鏡(TEM)和動態(tài)光散射(DLS)結果在不同時間的演變，以及由其得到的動力學曲線。圖5A、5B、5C和5D示出了包含85%和95%中性DNA的裝配體的動力學圖"i普、DLS結果和TEM照片。圖6是在納米顆粒之間DNA4建4妻的結構示意圖。圖7示出了退火前和退火后系統(tǒng)在Tpm的小角X射線散射(SAXS)圖案。圖8示出了對圖7所示散射圖案提取的結構因子S(《)。圖9示出了系統(tǒng)IV的SAXS照片和4是取的結構因子S(《)，其中一個示意圖闡釋了其跨越裝配體熔點通過加熱-冷卻循環(huán)時的結構變化。圖IO示出了對結晶系統(tǒng)IV的結構測定。圖11包含一組代表性的DNA帽化金納米顆4立的TEM照片和統(tǒng)計學分才斤。圖12包含晶體形成后從系統(tǒng)IV收集的一組代表性掃描電子顯微鏡(SEM)照片。圖13包含晶體形成后從系統(tǒng)IV收集的一組代表性TEM照片。圖14示出了處于退火前和結晶狀態(tài)的系統(tǒng)IV聚集體的一組熔化曲線。圖15示出了對應于圖14的一階導數(shù)曲線。圖16示出了系統(tǒng)IV在71。C時的散射強度。圖17示出了在DNA/Au納米顆粒雜合系統(tǒng)中形成的開方丈式bcc晶格。圖18示出了Sys-L30在加熱期間的示意圖和^表性溫度依賴性二維(2D)SAXS圖案以及各個4是取結構因子S(《)。圖19A示出了Sys-L30在冷卻期間的溫度依賴性SAXS圖案。圖19B示出了冷卻期間最近的溫度依賴性相鄰距離。圖19C是Sys-L30晶體在空氣中干燥之后的SEM照片。'圖20A是ssDNA-AuNP的^表')"生TEM照片。圖20B提供了未帽化AuNP、ssDNA-AuNP-A和ssDNA畫AuNP-B的DLS結果。圖21提供了Sys-L70在加熱期間的代表性溫度依賴性2DSAXS圖案。具體實施例方式納米顆粒自組裝成具有長程有序的結構依賴于對顆粒間勢能的形式及其粒徑范圍的控制以及對組裝動力學的控制。使用DNA來介導納米顆粒組裝可以實現(xiàn)對這些參數(shù)的定性調整。DNA雜合的粘附能和由相互作用的DNA鏈提供的空間排斥之間的平衡可以在形成長程排序和有序相的多才羊性方面發(fā)揮作用。通過實—驗實現(xiàn)該方法已經證實了單鏈DNA(ssDNA)在顆粒之間提供寬范圍滲透壓的能力，其調節(jié)系統(tǒng)組裝的動力學和偏移。盡管已有這些計算和研究，^f旦DNA介導的納米顆粒組裝中的長考呈排序還必須進^^見察。DNA帽化納米顆粒的模型系統(tǒng)可用來系統(tǒng)地考察在DNA介導的組裝中DNA結構(其調節(jié)雜合誘導的吸引和滲透排斥)與顆粒內部排布之間的依賴性。監(jiān)控這些組裝體內結構演變的一種方^f更方式是原位使用同步加速器小角X射線散射(SAXS)。在一些方面，本發(fā)明鑒定了形成限制良好的三維(3D)晶體顆粒結構所必需的DNA"i殳計和熱動力學途徑。在一些實施方式中，形成了這種結構。如從圖1-5可以看到的，DNA特性和組成可以用來精細控制自組裝動力學以及納米顆粒的最終組裝聚集體大小和形態(tài)。在本發(fā)明的一個實施方式中，帽化DNA中的間隔序列通過與其互補序列雜合而成為"剛性的"，以便使聚集促進性互補序列延伸遠離納米顆粒的界面。在本發(fā)明的該實施方式中，間隔序列位于該帽化DNA結合顆粒的末端附近。當間隔序列與其互補物雜合時，帽化DNA的聚集促進序列不再與納米顆粒表面相互作用，從而增強雜合和聚集動力學。該實施方式的另一方面涉及采用間隔序列的剛化來控制聚集納米顆粒中的顆粒間距離。通過變化間隔序列及其互補物的長度，可以控制聚集體中的顆粒間距離。在本發(fā)明的另一實施方式中，帽化混合物中包括中性非互補DNA。通過改變中性非互補DNA相對于聚集促進性互補DNA的量，可以控制聚集體的大小和每個納米顆?？赡艿?建接數(shù)量。在該實施方式中，采用剛化間隔序列可額外增強聚集動力學。圖1A和1B示出了現(xiàn)有技術中DNA介導的納米顆粒組裝草圖。在(1A)中，納米顆粒A(2)和納米顆氺立B(4)上的DNA序列彼此互補，一旦混合顆粒即可自組裝。在圖IB中，納米顆粒C(6)和D(8)上的DNA彼此不互補，但各自均互補于交聯(lián)鏈(13)(其誘導自組裝)的不同部分。在示意圖1(圖1A)中，多組納米顆粒均用互補的單鏈DNA進行功能化。將兩種顆?；旌显谝黄鸷?，DNA之間發(fā)生雜合，最終形成大規(guī)模聚集。在圖1B的示意圖2中，多組納米顆粒首先用多組非互補DNA進行功能化。然而，加入單鏈DNA(13)(其不同部分互補于所述各個DNA)后，將發(fā)生交聯(lián)，引起組裝。由于其在生物i貪斷中的用途，示意圖2中示出的策略成為較常應用的途徑。在這些情況中，交聯(lián)鏈(13)是未知濃度或未知序列的目標鏈。通過加入用DNA功能化的納米顆粒，任何由交聯(lián)劑誘導的聚集均可檢測到。檢測基于金納米顆粒本身的光學性能，當溶于溶液中時其為酒紅色，而組裝時則為暗紅色或紫色。在圖1A中，顆粒A(2)和B(4)具有互補識別序列(3)和非互補間隔區(qū)(5)。這些序列在兩種顆粒上不必是相同的，且可以包括堿基序列不同且長度不同的區(qū)域。它們雜合形成雜合體，其具有間隔區(qū)(14)和由連接物(接頭，linker)(12)形成的連接區(qū)(10)，這里通過連接相互互補的識別序列而提供。進一步孵育之后，連接的納米顆粒(NP)可以形成聚集體(16)。圖1B描述了一種情形，其中兩種顆粒C(6)和D(8)不是相互互補的，同才羊它們具有識別序列(7)和間隔序列(9)。這些序列在兩個顆4立上不必是相同的，并且可以包括石咸基序列不同和長度不同的區(qū)域。在該情況中，連接物(13)對于沿著連接區(qū)域(11)連接該兩種顆粒是必需的。雜合后，該連接物沿著連接區(qū)域(11)連接這些顆粒，該區(qū)域(11)通過間隔區(qū)(15)遠離未帽化的NP。同樣，連接的NP可以形成聚集體(18)。使用DNA誘導自組裝的第二個新性質是DNA鍵接傾向于在某個溫度下融化，該溫度取決于所使用的DNA序列、納米顆粒之間的4建4妄tt量和局部鹽環(huán)境。這允許基于組裝體熔點而開發(fā)其他生物i貪斷方法，而且能夠簡化可分解納米顆粒組裝。這種分解是這些系統(tǒng)的顯著特性，其他系統(tǒng)中尚未表現(xiàn)出類似現(xiàn)象。使用DNA誘導的納米顆粒自組裝的第三個優(yōu)點是DNA形成復雜和延伸結構的獨特并爭性。在該4頁i或中，稱為DNA支架4匕，DNA可尋址性和可禾呈序化用來形成廣泛的幾<可形狀和形態(tài)。盡管使用DNA自組裝納米顆粒已有這些進展，但是仍然存在許多局限性和技術障礙。這些局限中的一些涉及DNA與納米顆粒界面的組裝干擾配位。因為納米顆粒表面是高度反應性的，并且通常是帶正電的，所以DNA強烈吸附至該表面。這使得DNA序列變得不可接近而用于雜合，從而形成較差的納米顆粒組裝動力學。對于使用低DNA覆蓋的系統(tǒng)來說尤其如此。本發(fā)明的一方面通過使聚集促進性互補DNA序列延伸遠離該納米顆粒界面而解決這個問題。雖然自組裝的確是由DNA雜合"i秀導的，^f旦是在控制和優(yōu)化組裝動力學和聚集體大小方面的難度仍然限制其應用。因此，增大組裝動力學的能力可以減少生物_珍斷的4金測次lt,并且無需進一步基于大小排除進行純化的步驟而控制聚集體形態(tài)的能力將有助于控制聚集體形態(tài)和空間特性(顆粒間距離)以及聚集體的熔化特性。因此，本發(fā)明的另一方面提供了用于增強聚集體形成的動力學控制的系統(tǒng)。實施例各種類型(金屬、半導體、磁性、電解體及其組合)和形狀(球形、棒狀、二十面體、平面、管狀等)的顆粒均可形成3D有序結構的一部分，并且可以用于3D有序結構的組裝工藝中。如本文4吏用的，除非另有指明，"顆粒"應解釋為包括微構件(包括微球、微棒等)和納米構件(富勒烯、量子點、納米棒、納米管等)。各種長度的DNA均可借助多種功能化途徑附著至這些顆粒，包括金屬-DNA結合(借助利用未修飾Au、Ag或Pt納米顆粒等的硫醇或胺-封端DNA化學吸附)、有機交聯(lián)(借助胺-、硫醇-、羧酸-等功能化DNA和具有羧S臾、胺、硫醇、酮、醛等表面功能化的顆粒之間的化學偶聯(lián))以及生物親和力(借助生物功能化DNA和生物學修飾顆粒之間的特異性生物相互作用，蛋白-蛋白、DNA-蛋白、DNA-DNA等)。此夕卜，孩i構件和納米構件的核S臾功能化不必限于DNA功能化?？梢允褂煤颂呛怂?RNA)而非DNA，或者可與DNA4關用，以利用其獨特性能。類似地，肽核酸(PNA)可能比DNA更穩(wěn)、定，因而可以在對于DNA功能化顆粒來說太苛刻的環(huán)境中應用。以下是DNA指導的顆粒裝配體以及制備它們的方法的幾個具體實施例。應當理解，這些實施例僅是為了說明而絕非以任何方式限制本發(fā)明。例如，所使用的DNA序列不必是已列舉的那些；任何具有所需長度的互補和非相互作用節(jié)段的DNA序列均可采用。此外，A鏈和B鏈可以完全無相互作用，且可利用單獨的連4妾序列雜合和連接。間隔區(qū)和連接區(qū)的長度和/或長度比可以與所描述的有所變化。顆粒材料和大小的選擇取決于所得超材料的計劃用途。尤其是，顆粒A和B可以是不同材料，例如金和銀，甚至(是不同)材料類型，例如金和硒化鎘。也可組裝三種或更多種顆粒類型，例如，金-銀-鉑或鐵-碳-鉻-釩。實施例1:《且裝動力學的可調節(jié)性射術^"在^S^:金纟內米顆粒(Au,9.6±0.6nm)利用稍《故1奮改的4對蒙酸鹽(Cit)還原過程合成。簡單而言，將1mM陳化HAuCU溶液加熱至95。C達30分鐘，向該;容液中加入一份加溫的38mM4寧4蒙酸三鈉;容液(10ml)。初始顏色變?yōu)榧t色后，立即將該:溶液冷卻至80。C并退火2小時。隨后該才羊品通過過^^覺4半自然冷卻至室溫。然后該溶液通過離心(30min,7,000RPM)而純化并在避光條件下以所需;農度^f諸存。在一個示例性實-驗中，Au顆^立的大小隨著沸騰時間增加而增大。Au濃度則經由測4f的消光系H1.0x108LmoPcm-1進4亍計算。D7V^-勁末JT在修謬1型(1=5，-TACTTCCAATCCAAT-(T)15-C3H6-SH_3，)和2型(2=5,-ATTGGATTGGAA-(T)15-C3H6-SH-3，)好^醇功能化的單鏈寡核苦酸購自IDT^^司，用作二石?；?。在典型實—瞼中，樣品首先通過在純水或緩沖液中用0.3ml100mM二石危蘇糖醇(DTT)溶液溶解凍干樣品(200-300nmol)30分鐘而還原。然后將樣品加載到新鮮制備的交聯(lián)葡聚糖凝膠(Sephadex)柱(G-25，AmershamBioscience)上并用2.5ml10mM磷酸緩沖液(pH7.0)洗脫。寡核苷酸濃度使用UV-Vis分析在特定消光系數(shù)下進行定量。選擇1型和2型ssDNA的3，-硫醇修飾作為模型研究，然而，也可使用5，-硫醇修飾。最近證實，相比于3，-石克醇修飾(HSC3H6-ssDNA)，凝膠電泳才企測發(fā)現(xiàn)5，->琉醇飾(HSC6H12-ssDNA)接接序列能夠增加金納米顆粒上的表面密度。選擇15-堿基(15b)多聚-dT間隔區(qū)是由于已知其與金界面的配位專交低從而可增強才羊品穩(wěn)、定性和覆蓋。然后，依照用于高DNA覆蓋的方法，將合成的Au顆粒用寡核香酸1或2進行功能化。在典型實驗中，將一份(1-50(il)50-300ViM的寡核香酸溶液加入Cit-Au的純水溶液中([Cit-Au]=10-30nM)。調節(jié)寡核苷酸/Au的比值以控制Au的覆蓋。在該實驗中，比值保持在300:1。寡核苷酸+Au溶液在達到10mM磷酸鹽緩沖液(pH7.1)濃度之前在未纟爰沖卩容液中孵育至少12小時，并在室溫下再退火4小時。隨后鹽濃度先增至0.1MNaCl達6小時，最后再增至0.3MNaCl濃度達12小時。寡核苦酸》》飾的Au(l-Au,2-Au)在這些高鹽濃度下是無限穩(wěn)定的。該溶液通過7,000RPM離心30分鐘去除過量DNA而純化。收集上清液并測定過量DNA,并將濃縮的顆并立再分散于0.3MPBS中。這種清洗過禾呈通常重復至少3次。以該供舉—比，通過熒光和UV-Vis分一斤可計算出結合于每一個Au的1型或2型寡沖亥普酸的凄t量(n)為~50(26.4pmol/cm2)。捧品*備在該研究中，通過混合使等體積(200|_il)等濃度([Au]=4.5~7.5nM)的l-Au和2-Au結合而進4亍l-Au和2-Au之間的組裝(圖2A的sys-VII)。在sys-VIII(圖2B)中，l-Au和2-Au前體中的相同間隔節(jié)^殳首先以500:1的摩爾比在0.3MPBS中通過15-堿基寡-dA而雜合。當考慮每個納米顆粒n為50時，該比值大約達到10倍過量的表面結合1或2。樣品孵育過夜以形成dsDNA間隔節(jié)段，得到1、Au和2*-Au，并通過如上的多次離心和用緩沖液清洗去除過量寡-dA而純化。目前尚未確定有多少可利用的寡-dT22間隔序列由該過量濃度的寡-dA雜合。最近的熱動力學研究已證實，納米顆粒表面上的不飽和雜合很常見。然而，因為動態(tài)光散射(DLS)檢測表明DNA帽化厚度值接近理想模型，所以可能很大百分比的間隔序列已經發(fā)生雜合。為了進行比4交，sys-VIII的組裝始終利用相同Au大小、DNA覆蓋、溶液條件和濃度并在通常實驗室誤差參凄史范圍內實施。該實施例用來i正實DNA帽化納米顆粒系統(tǒng)(通過加工表面結合DNA的構象而實現(xiàn))組裝動力學的可調節(jié)性。所使用的才莫型系統(tǒng)是金納米顆粒(Au,9.6士0.6nm),其用單鏈(ss)或部分剛性的雙鏈(ds)間隔序列加以互補帽化，如圖2A和2B所示。Au用約50個單4連DNAl((1=5，-TACTTCCAATCCAAT-(T)15-C3H6-SH-3，)或DNA2(2=5，-ATTGGATTGGAA-(T)15-C3H6-SH-3，)進行帽化，分別形成l-Au(20)和2-Au(22)。在第一個組裝系統(tǒng)(sys-VII)中，僅使用ssDNA帽化(即，l-Au+2-Au)。在系統(tǒng)2(sys-VIII)中，相同類型的顆粒l-Au和2-Au首先在其寡-dT間隔節(jié)段((T)15)處與15-石威基寡-dA鏈進行雜合，形成部分dsDNA帽化的1*-Au(24)和2*-Au(26)。這種雜合引起構象從巻繞ssDNA變?yōu)椴糠謩傂詃sDNA,這導致產生該DNA(1和2)的聚集促進性互補序列延伸遠離顆粒表面，有助于克力良與Au界面的巻繞和配位的組裝干護C^丈應。由sys-VII和sys-VIII分別形成的聚集體(28，30)大小可以不同或相同。顆粒l-Au和2-Au^f又用ssDNA功能化。連接DNA(32)相互雜合，而中性DNA(36)則不參與雜合。顆粒l、Au(24)和2*-Au(26)既用不參與雜合的中性(非互補DNA鏈，其在組裝過程中不能雜合)SsDNA(38)功能化，又用部分剛性的部分雜合DNA(40)加以功能化。該部分剛性的功能化DNA(40)使連接區(qū)域遠離未帽化的納米構件表面，乂人而產生比ssDNA更大的顆粒間距離。sys-VII和sys-VIII中的組裝導致形成包含凄t千單個AuNP的大聚集體。表征這些聚集體的熔化特性，表明sys-VII和sys-VIII的熔化溫度(Tm)分別為59。C和61。C。這些結果提供了AuNP之間存在DNA鍵接的證據，且表明sys-VII和sys-VIII之間存在局部差異。為了考察這些差異，我們利用UV-可見光光i普(UV-Vis)原位監(jiān)測了該自組裝過程。UV-Vis探測了表面等離子(SP)共振帶，其與AU和組裝的Au納米結構相關，并且是多種比色檢測方法的基礎。圖4示出了一組sys-VII(A)和sys-VIII(B)的UV-Vis數(shù)據，其是在基本相同的條件和濃度下在組裝期間檢測的。由于SP帶位置發(fā)生紅移(帶加寬)(525-900nm)且消光隨時間降J氐，所以組裝在UV-Vis中非常明顯。圖4A、4B、4C和4D^表裝配體典型UV-Vis、TEM和DLS結果在不同時間的演變，以及由其得到的動力學曲線。sys-VII(圖4A)和sys-VIII(圖4B)中組裝的代表性UV-Vis和TEM結果在10(a)、60(b)、180(c)、350(d)和485(e)分4中時才企測到?？梢钥吹剑瑘D4A中的聚集體(56)在所有時間步驟均比圖4B中的那些(58)小。這里使用的特定溶液是含[1-八11]=[2-八11]=4.6nM,[1*-Au]=[2*-Au]=4.6nM的0.3MNaCl、10mM磷酸鹽緩沖液pH7.0(下文為0.3MPBS)中。通過Avrami擬合UV-Vis在525nm監(jiān)領寸-彈到的sys-VII(VII)和sys-VIII(VIII)動力學曲線示于圖4C中。未帽化Au、1-Au和1*-Au的DLS結果示于圖4D中。最近，對DNA介導組裝體光學性能的電動力學模擬表明，對消光光i普的主要貢獻來自篩查生長聚集體內的Au,散射組分隨時間增加，且要求聚集體包含數(shù)百單個Au以顯示類似于圖4A和4B的變化。在該實-驗系統(tǒng)中，聚集之后還進4亍長組裝時間的沉積。對于sys-VII(圖4A)，組裝的第一小時顯示SP帶(a-b)《艮少出現(xiàn)可觀察到的變化。在大約8小時的過程中，表面等離子共振帶(SP帶)波長出現(xiàn)小的紅移，/人525nm到533nm,同時出現(xiàn)明顯的消光降4氐(c-e)。sys-VII的這些變4匕是l-Au與2-Au之間的相對無步丈雜合以及聚集體生長緩慢的結果。相反，圖4B示出sys-Vin的UV-Vis進展增強，這揭示了與sys-VII的兩個主要差異。第一，有一個即刻的SP帶紅移至約535nm(a),1小時后出現(xiàn)繼續(xù)紅移及加寬(b)。第二，在長反應時間下消光的降低以顯著較高的速率進行(c-e)。這些光學改變表明sys-VIII比sys-VII的組裝動力學較快而且聚集體尺寸較大。為了考察聚集體的大小和形態(tài)，圖4A和4B中還示出了來自相應UV-Vis光譜的樣品透射電子顯樣"竟(TEM)結果。在組裝期間清楚地觀察到聚集體逐漸增大的趨勢，其中sys-VIII的聚集體在特定組裝時間內表現(xiàn)為較大的形態(tài)。為了探測這些聚集體在其天然緩沖環(huán)境中的結構細節(jié)，我們利用了帶有同步加速器輻照的原位小角X射線散射(SAXS)。SAXS結果表明，50。C退火后所組裝聚集體的顆粒間距離為1112nm，其中sys-VIII始終表現(xiàn)為比sys-VII的顆4立間-巨離大0.51.0nm。為了進一步評價sys-VII和sys-VIII中的組裝過程，通過追蹤525nm處的SP帶(圖4C)來監(jiān)測動力學。該動力學曲線示出了p及收的逐漸衰減，這一點sys-VIII更突出。其^f也波長的動力學圖i普示出了類似的趨勢。為了定性對比這些動力學圖語，我們利用用于成核和生長的Avrami定4聿來描述它們。布￡定525nm處的SP帶主要歸于單個顆粒和相對較小的聚集體(幾百個AuNP),則Avrami定律的表達可以參數(shù)化為^&^4^oex;^-"-^)/T/;，用于UV-Vis監(jiān)觀'J，其中t是組裝時間，to是反應開始時間，T是依賴于反應速率和聚集體幾何形狀的特征時間，n是依賴于聚集體生長物理4幾制的Avrami指數(shù)。雖然這種描述未能分離如上所述影響消光的各個因素，但它提供了對所觀察到效應的合理描述。通過擬合圖4C中的動力學曲線，我們確定了sys-VII和sys-VIII的t分別為568min和328min，而n分別為2.2和2.4。sys-VIII的t降低表示組裝速率增加，而n的幅度則表明反應速率不恒定，這可以解釋為生長聚集體的擴散限制性增長和聚結。t的幅度受Au濃度及DNA表面密度的影響，然而，可一直觀察到動力學趨勢為sys-VII>sys-VIII。有趣的是，我們注意到，當使用其中ssDNA-和dsDNA-帽化等量混合的系統(tǒng)時，可乂見察到492min的中間t。所觀察到的動力學增強(2x)可以歸于DNA帽化的剛性增加，這使得聚集促進性互補序列延伸遠離Au界面。為了模型化該效應，評估了每一個系統(tǒng)中顆粒的DNA-帽化厚度(T)(圖2)。sys-VII中納米顆粒的T(Ti)模型化為r尸r/76nm，其中r,是30-堿基隨才幾巻繞寡核香酸的末端間距離，如通過蝸蟲狀鏈才莫型所描述的。sys-Vin中納米顆粒的T模型化為T2=r/+r/79nm,其中r/是剛性dsDNA15-bp間隔節(jié)段的長度，而r/是其余15"咸基寡核苷酸的末端間距離。根據這種近似法，我們可預測，相對于sys-VII,sys畫VIII中分離的顆#立T增力口3nm。為了才企測r的實際變^f匕，我們利用了DLS。圖4D示出了分離的未帽4匕-Au、l-Au和l、Au的DLS結果，其表明流體動力學直徑4直(DA)分別為10.1nm、~21.0nm和28.1nm。sys-VII和Sys-VIII的T對應的值分別為5.5nm和~9.0nm。所分離納米顆粒的T增加3.5nm,接近于所估計的差異，綜合SAXS結果，可表明sys-VIII中所組裝聚集體的顆粒間距離增加，進一步強化了一個結論即雜合序列從界面延伸能提供更有利的組裝條件。增加DNA帽化結構的剛性使得聚集促進性互補序列延伸遠離納米顆粒界面，這有利于增強組裝動力學并提供一種增加所組裝聚集體中顆粒間距離的方式。這種方法可以推廣用于更復雜的DNA帽化系統(tǒng)，通過i殳計其可能應用于納米構建。為了評估納米顆粒界面處的DNA帽化厚度(r),我們估計了該DNA末端間距離的均方(<i2>)。對于ssDNA帽化，厚度(r)通過r產r,-6nm進行估算，其中通過(sys-VII)而言，尸是相關長度(~1nm),而￡是伸直長度(~0.65nm/堿基)。對于dsDNA帽化(sys-VIII),r2=r/+r/~9nm，71/是15-bp雙螺旋的估算長度(0.34nm/堿基)，另夕卜15堿基的r/如上進行計算。在這些理想化估算中，未考慮鏈-鏈之間或鏈-表面之間的相互作用，因為這些作用的準確定量》寸于該系統(tǒng)來i兌相當困難。然而，這些相互作用將僅改變DNA帽化厚度的絕對值，并且不應影響丁2大于L的總體結i侖。除了連4妄節(jié),殳物理延伸遠離Au界面以及減少對金表面的配位之外，這種改變可以打開DNA帽化中的多個空隙空間，這可以促進雜合。動力夢^型量化所研究系統(tǒng)中的組裝動力學差異可以通過使用用于成核生長的Avrami定律繪制的動力學曲線進行描述。在該描述中，DNA功能化納米顆粒聚集體的各向同性生長是導致形成體積分數(shù)為；r-"e，(-((卜。/T)")的新轉化相的等溫反應，其中？是時間，^是反應開始時間，T是依賴于反應速率和聚集體幾何形狀的特征時間，而w是依賴于聚集體生長物理機制的Avrami指數(shù)。因此，，￡定525nm處的消光主要歸于單個顆粒和相對4交小的顆招:簇(小于數(shù)百個Au顆粒)且吸收率A與顆?；蛐〈氐臐舛菴之間的(〈i2〉,5進行估算，其中對于ssDNA成比例，則動力學曲線可以參數(shù)化為J^4e鄰(-((/-《e)/T》")，其中Ao與C直接相關。雖然這種參數(shù)化未能分離影響消光的各種因素，如上所述，但其提供了對所觀察到效應的合理描述。儀器襲f:這個實施例中的檢測利用以下儀器實施。提供該具體細節(jié)是為了通過使用具體實施例進行清晰闡釋，而不是為了支持任何特定制造商；任何功能類似的儀器均可應用。C/F-^T^^^謬僅f"r-^s義UV-Vis光譜在Perkin-ElmerLambda35分光計(200-900nm)上收集。熔化分析聯(lián)合Perkin-ElmerPTP-1PeltierTemperatureProgrammer進行，且在攪拌的同時以1°C/min的溫度Jt皮度在20。C和75。C之間實施。遽射冶子貞《f鏡("r五M):TEM照片在以120kV操作的JEOL-1300顯孩M竟上收集。樣品通過將含水納米顆?；蚪M裝體的溶液澆鑄到碳涂覆的銅網上，5分鐘后用濾紙緩慢除去過量溶液而制得。葛分辦率邊射迨子i微鏡f/^r五M):在進行功能納米材料電子顯樣i術實一驗的Brookhaven國家實-驗室中心，HRTEM照片在以400kV操作的JEOL-4000EX顯微鏡上收集。樣品通過將含水溶液免鑄到碳涂覆的銅網上，5分鐘后用濾紙緩慢除去過量溶液而制得。動在^教射0)/^):DLS結果利用MalvernZetasizerZS儀器測得。該儀器裝配有一個633nm激光源和一個在173G的反向散射牙企測器。數(shù)據利用CONTIN法進行分析。V、^X射游教射(^AYS):原位SAXS實驗在國家同步加速器光源(NSLS)X-22B束線下實施。散射數(shù)據利用CCD平面檢測器收集，1D散射圖譜以強度vs.散射矢量g"[(4^^^^(S")]表示，其中分別地，n是介質的折射率，^是入射X射線的波長，而0是散射角。顆粒間間隔d通過d-27T/《進行計算?！兜闹迪鄬τ谏綅Ｋ徙y(g=0.1076A")進行校正。在0.3MPBS緩沖溶液中充分沉淀和分散后，收集DNA介導組裝樣品的SAXS結果，接著在50。C退火以生成熱動力學穩(wěn)定的聚集體。在溫度控制下將樣品容納于收集器的石英毛細管中?？刂祁w粒間距離和納米顆粒間鍵接數(shù)量的能力目前也受到限制?？刂七@些特性將限定基于納米顆粒組裝的新型材料的光學和電子性能。本發(fā)明的另一方面^是供用于控制顆粒間間隔的系統(tǒng)以及用于改變與每一個納米顆粒的4建4妾數(shù)量的方法。為了克服單鏈DNA與表面配位的問題，我們利用了表面結合DNA中不直接參與組裝的雙鏈DNA區(qū)域，這4吏聚集促進性互補DNA序列延伸遠離納米顆粒界面，由此增加用于DNA雜合的可接近性(圖2B的示意圖2)。圖2A和2B顯示了DNAi秀導的納米顆粒自組裝的剖面示意圖。圖2A(sys-VII)示出了DNA誘導的具有互補單鏈(ss)DNA帽化的納米顆粒自組裝的剖面示意圖。圖2B所示的sys-VIII表示DNA鏈的間隔序列雜合后相同類型的ssDNA帽化納米顆粒，這使得聚集促進性互補DNA序列延伸遠離該納米顆并立界面。為了更好的控制組裝動力學和聚集體大小，可以4吏用互補DNA鏈(使用互補DNA來驅動顆粒之間基于雜合的組裝過程)與中性DNA鏈的組合，以精細調節(jié)顆粒之間的親和性。另外，使得這些DNA分子的間隔區(qū)成為雙鏈，可以4吏該DNA延伸遠離納米顆粒的表面，從而使雜合DNA更易于成為組裝過程的一部分。由于類似原因，我們還示出了雙鏈間隔序列在中性DNA中的應用(圖3,示意圖3)。采用雙鏈間隔序列和單鏈區(qū)域用于雜合驅動的組裝還可更好控制顆粒間距離。圖3A、3B和3C示出了雜合前和雜合后，具有互補和非互補ssDNA帽化的納米顆粒之間組裝的剖面示意圖。具有互補和非互補ssDNA帽化的納米顆粒(A:C，和A，:C)之間組裝的剖面示意圖，其中如圖3A所示的，A(44)和A，(46)是互補的聚集促進序列，而C(52)表示"中性"不相關(非互補)序列。該系統(tǒng)中，互補和中性帽化序列之間的比率可以加以控制。圖3B示出了聚集促進性互^卜鏈的間隔序列選4奪性雜合以形成剛性節(jié)^:(命名為*八.《和*A，:C)后基本相同的組裝系統(tǒng)，其中*入(48)和承A，(50)是部分剛性的。圖3C中示出了互補和中性鏈的間隔序列已經雜合(命名為氺A少C，和*八，:*0之后的類似納米顆粒系統(tǒng)，其中氺C(54)現(xiàn)在也是部分剛性的。實施例2:組裝動力學的增強當納米顆粒用一種以上類型的ssDNA功能化時，組裝動力學更加顯著地增強。圖3示出了一種系統(tǒng)的剖面示意圖，該系統(tǒng)具有互補的1型(A、A，、*八和*八，)ssDNA，還添加了中性、非雜合的3型鏈(C和*C)(3=5，-TTCTCTACACTGTCT-(T)15-C3H6-SH-3，)。1型(或2型)與3型之間的比率可以借助功能4匕方法力。以4空制。圖5A示出了一種系統(tǒng)的一組動力學曲線，該系統(tǒng)由~75%的非互4卜中'性3型(C)ssDNA和25%互4卜鏈(A，A，)(1型和2型)構成。由于存在3型ssDNA，組裝極其緩慢(圓圈)。然而，在聚集促進性互補1型(*A)和2型(A，)ssDNA的間隔序列選擇性雜合后，組裝動力學顯著增強(三角形)。圖5B示出了用DLS才企測的基本相同的系統(tǒng)，其表明了由于加入寡-dA以剛化間隔序列，組裝聚集體的大小發(fā)生了顯著變化。具有0-95%的3型非互補、中性ssDNA的系統(tǒng)也獲得類似結果。該方法也能夠控制所組裝的聚集體大小。圖5C示出了一個包含95%非互補中性DNA的系統(tǒng)的最終組裝體大小。每一個聚集體(60)僅包含幾個(1-4)納米顆粒。圖5D示出了一個包含85%中性DNA的類似系統(tǒng)的TEM照片，其表明每一個聚集體(62)均包含5-15個納米顆粒。圖5A、5B、5C和5D示出了包含85。/o和95。/o中性DNA的裝配體的動力學圖"i普、DLS結果和TEM照片。圖5A示出了通過UV-Vis測得的動力學圖i普，表明加入寡-dA后組裝顯著增強(三角形)。圖5B中，基本相同樣品的DLS結果表明加入寡-dA后聚集體尺寸顯著增加(三角形)。圖5C示出了具有95。/。非互補DNA的系統(tǒng)的組裝TEM照片。具有85。/。非互補DNA的系統(tǒng)的組裝TEM照片(圖5D)可以與圖5C相比擬，再次證實了中性DNA比例降低時聚集體尺寸增加。這些結果證實，由于DNA是非常通用的，而且由于ssDNA的不同區(qū)域可以選擇性雜合，因此這種類型的系統(tǒng)對于將來開發(fā)非常精確且可預測的納米顆粒自組裝來說是一個理想的候選。本發(fā)明技術的一個^L點在于i正實了DNA帽化的簡單部分雜合能夠增加組裝動力學。另外，中性非互補DNA的使用可用于控制聚集體大小和納米顆粒之間的鍵接數(shù)量。實施例3:結晶金納米顆粒裝配體i^求^^Ji^^成cS:Z)7、M-甜錄化金納米顆粒(Au，11.4±1.0nm)通過首先將lmMHAuCl4溶液加熱至95。C達30分鐘而合成。向該、溶-液中加入一《分加溫(~40°C)的10-ml38-mM4寧4蒙酸三鈉溶、液并^吏其反應幾分4中。^刀始顏色變?yōu)榧t色后，立即該溶液冷卻至約80°C并退火2小時。留置才羊品以冷卻至室溫并靜置過夜。然后該;容液通過離心(30min,4，500g)進4亍純4b并以所需濃度儲存在暗處。硫醇-或胺-修飾的單鏈寡核苷酸作為二碌d匕物(表1)購得(IntegratedDNATechnologiesInc.,Coralville,IA,U.S.A;PrimesynLabInc.,Hillsborough,NJ,U.S.A)。納米顆粒功能化之前，首先通過用含0.3mllOO-mM二石克蘇糖醇(DTT)溶液的純水或《爰沖液溶解凍干才羊品(100300nmol)達30分鐘而還原該寡核苷酸。將還原的DNA力口載到新鮮純化的交聯(lián)葡聚糖凝膠柱(G-25,AmershamBioscience)上并用2.5ml10mM磷酸鹽緩沖液(pH=7.0)洗脫。DNA在特定DNA消光系數(shù)下用UV-Vis分析加以定量。然后，將合成的AuNP用長度為30-200個》咸基的DNA進4亍功能化。在一個典型實驗中，將一^f分(1-50pi)純化的DNA50-300|_iM;容液加入1mlAu溶液([Au]=10-30nM)中。在加入石粦酸鹽緩沖液以4吏其濃度達到10mM(pH=7.1)之前，將該ssDNA十Au溶、液在非緩沖溶液中室溫孵育至少3小時。加入NaCl(0.025M)之前，將該溶液留置以在25。C退火4小時。然后在24小時內將該鹽濃度逐漸乂人0.025增力口到0.3MNaCl,然后以0.3M再留置24小時，4妄下來通過4,500g離心30分鐘而從溶液中除去過量DNA。該純化過程重復三次。熒光和UV-Vis分析表明，結合至每一個顆粒的ssDNA總量(n)為~60(±5)(~31.7pmol/cm2)。SAY^袢品斜務由DNA介導的組裝聚集體構成的樣品依照文獻中描述的方法進4亍制備。在每一個系統(tǒng)中，通過在200KiL([A]=[B]=30nM)的10mM磷酸鹽緩沖液、0.2MNaCl，pH=7,l的溶液中于25。C混合等摩爾量的A型和B型DNA帽化Au而實施組裝。聚集體組裝過夜，收集所得沉淀并在緩沖液中轉移至直徑約1.0mm的石英毛細管，用石蠟密封這些毛細管以防止揮發(fā)。V、肩Z射戲'教射):SAXS實驗以國家同步加速器光源的(NSLS)X-21束線原位實施。散射凄丈據利用MARCCD平面抬r測器測量一維(1D)散射強度vs.散射矢量^^(4^庫n(^2)]進行收集，其中？^1.5498A是入射X射線的波長，而0是散射角。數(shù)據以結構因子6Y^)vs.《表示?！兜闹道蒙綅Ｋ徙y(《=0.1076A")標準進行校正。S(《)作為Ia(《)/Ip(《)進行計算，其中Ia(《)和Ip④是背景校正的1D散射強度，通過分別對所考察系統(tǒng)和未聚集Au的CCD照片進行角度平均而提取。S(《)中的峰位置通過將Lorenzian形式擬合至這些數(shù)據而確定。t/K-F^:在Perkin畫ElmerLambda35分光i十(200-1100nm)上收集UV-Vis光譜。在10mM磷酸鹽緩沖液，0.20MNaCl，pH=7.1纟爰沖溶'液中，》容4b分4斤聯(lián)合Perkin隱ElmerPTP-lPeltierTemperatureProgrammer進行，且在攪拌的同時以1°C/min的溫度;皮度在20。C和75。C之間實施。圖6示出了一種方法的示意圖，其中DNA帽化的11.4nm金納米顆粒之間的相互作用可以通過所附著DNA的結構進行調整，如在系統(tǒng)I-VI中看到的。所組裝系統(tǒng)可以通過混合多組具有互補DNA帽化的納米顆粒(稱為顆粒A和B)進行制備。帽化中的DNA具有參與A-B雜合的外部識別序列和不參與雜合的內部間隔序列。在這些系統(tǒng)中，識別序列的長度可確定顆粒之間的粘附程度，而柔性或剛性間隔區(qū)的長度則限定排斥性相互作用的強度和范圍。這種排斥源于雜合鏈以及由于幾何形狀限制而不能雜合的鏈的熵相互作用。通過獨立改變DNA帽4b中的識別或間隔節(jié),殳的長度，可以改變顆粒間的整體相互作用。以下是本發(fā)明一些實施方式的具體實施例。通過相同方法制備六種示例性的功能化納米顆粒系統(tǒng)(系統(tǒng)I-VI)。在系統(tǒng)I-VI中，雜合誘導等摩爾量的A(第一種類型的顆粒，104)和B(第二種類型的顆粒，106)組裝導致形成微米大小的聚集體，其在25。C孵育24小時后收集。系統(tǒng)VI(102)通過雜合系統(tǒng)iv的間隔區(qū)而制得。然后，在具有士o.rc穩(wěn)定性的溫控下通過SAXS(X=1.5498A)原位研究這些聚集體的納米級結構。圖7示出了在28。C并將聚集體加熱至預熔化溫度(Tpm)后獲自系統(tǒng)I-VI的聚集體的一組代表性SAXS照片，該預熔化溫度(Tpm)比裝配體熔化溫度(Tm)低幾度。圖8示出了對應的結構因子S(《)，其揭示了第一散射峰的位置。該峰位置^對應于顆粒之間的最短相關長度^=2—。對于系統(tǒng)I(92)、II(94)、V(100)和VI(102)，在28。C觀察到的間隔(d尸15.6,d!產19.4，dv=17.9，dvl=27.8nm)短于通過用于顆粒間DNA鍵接末端間距離的蝸蟲狀鏈模型估算的理想系統(tǒng)。系統(tǒng)III(96)表明d大于其模型dlnm，而系統(tǒng)IV(98)的d為23.5nm,達到與模型最接近的吻合。DNA的非單軸雜合和局部雜合缺陷可以解釋這種d與理想情形的差異，從而導致顆粒初始組裝后在室溫下以非平衡狀態(tài)被俘獲。在這種情況下，退火有利于4吏系統(tǒng)達到熱動力學平#f。圖7示出了樣品在已組裝(114，T室溫)和預熔化(T=Tpm)條件(118)下的散射圖譜。在這些溫度下，顆粒間粘附能降低，從而允許局部DNA和顆粒重排。在每一個系統(tǒng)中，均乂見察S(《)峰移動至較低《值(圖8),表明d增大，這可解釋為隨著退火形成較多單軸雜合的特性，以及隨著溫度升高DNA的構象發(fā)生改變。例如，系統(tǒng)IV表現(xiàn)出-0.005A"的《-移動，這相當于顆4立表面間3巨離增加約20%(4.5nm)。另夕卜，在T卿進行的SAXS檢測表明，所有系統(tǒng)的散射峰均變窄，這可解釋為有序性增強。相比于室溫，在Tpm下，系統(tǒng)I、II、III和V表現(xiàn)為散射相關長度^2兀/A《增加10-20%,其中△《是分辨率校正的衍射峰FWHM(Aqres-0.0015A"),而《限于^又幾個顆沖立間間隔。相反，系統(tǒng)IV和VI表玉見為增力卩50%《以上，至約5J，同時出現(xiàn)有序性較高的峰。這些隨溫度出現(xiàn)的重構表明，聚集體中的顆粒最初在亞穩(wěn)態(tài)下凈皮俘獲。在Tpm下退火后，可能發(fā)生DNA鍵接的局部重排，引起顆粒位置和取向重調，其通過最大化顆粒間的DNA4建接數(shù)量而優(yōu)化顆粒間相互作用。該效應的一個成分是間隔區(qū)結構，其適于進行較大的局部重排，這是由于鍵接的柔性較大且顆粒再定位或旋轉所需的能量較小。由于在Tm下發(fā)生DNA去雜合，因此隨著溫度進一步升高可出現(xiàn)DNA連接顆粒系統(tǒng)的分解。該事件由圖8中所示散射峰消失以及僅出現(xiàn)漫散射而得以證實，其中該漫散射是單個納米顆粒而非裝配體的形狀因子信號。系統(tǒng)II、III和IV表明在幾分4f內發(fā)生結構分解，而系統(tǒng)I和VI則由于動力學慢得多而表現(xiàn)為較寬的殘峰。在系統(tǒng)V中，30-石威基(30-b)識別節(jié),殳雜合導至丈Tm>85°C。冷卻^f氐于Tm后，發(fā)現(xiàn)每一個樣品均再組裝成與其預熔化狀態(tài)相同的結構(除了系統(tǒng)IV),其顯示為異常清晰的環(huán)形圖案，表明自發(fā)晶體形成。低溫光譜(114)用較黑的線表示，而較高溫度的光i普(120)則用較淺的線表示。針對系統(tǒng)IV中排序的實-驗路徑示于圖9，其示出了正熔化(56°C)、已熔化(71。C)、中間(60°C)之前處于退火狀態(tài)以及再組裝(57。C，30°C)之后處于有序狀態(tài)的系統(tǒng)的散射圖鐠和各自S(《)。這在圖9中通過高于dsDNA熔點的亞穩(wěn)、態(tài)(132)、分解狀態(tài)(134)以及冷卻^f氐于該:溶點的結晶態(tài)(136)示出。有序結構的4正象在4氐于60。C的Tm下立即開始出現(xiàn)，其中S(《)表明強漫散射中存在幾個衍射峰，其中該強漫散射可歸為納米顆粒形狀因子的較大貢獻。這表明存在新形成相的核與未組裝顆粒的共存狀態(tài)。進一步冷卻至59。C-57。C后，如由顆粒形狀因子對散射的貢獻顯著減少且出現(xiàn)未定向多晶樣品的清晰圓形圖案特征(即，粉末散射)所證明的，可觀察到樣品的結晶。這種晶體形成在〗又幾分鐘內即可發(fā)生，不受高達1°C/min的冷卻速率影響。圖9中的SAXS圖案顯示7階分辨率限制的Bragg峰，證明了系統(tǒng)IV的晶體3D結構，其具有顯著程度的長程有序性，其中《大于幾百納米。一旦形成，晶體結構的形成是可逆的，在多個組裝-分解循環(huán)后未出現(xiàn)有序性質量的明顯損失或者系統(tǒng)性能的變化。另外，在SAXS監(jiān)測的幾天內，晶體結構在溶液中是穩(wěn)定的。對峰位置比的分析表明^/^尸々1:a/2:a/3:a/4:a/5:々6:V7，這對應于Im'3m間隔基團，一種體心立方(bcc)結構，如圖10中所示。S(《)中的峰高度也定性遵循對bcc排布預測的相對強度。該結構對應的晶格參凄史(a)在57。C為37.5nm，而在冷卻至30。C后為34.8nm,其對應于第一配位層中顆粒核心之間21.1-和18.7-nm的表面間距離。這種結構相當開》文，其中納米顆3)(^又占該結構體積的3-4%，而DNA貝'J占另外的4-5%。因此，所組裝結構的體積中多于90%由溶劑分子占據，其遠高于bcc方向的堆積硬球中約32%的典型空隙空間。裝配體的晶體結構是出乎意料的，因為對于硬球堆積來說通常不會觀察到bcc結構形成，硬球堆積易于形成六角緊密堆積(hcp)或面心立方(fcc)相。應當注意，盡管hcp和fcc結構都稱為"緊密堆積"，而bcc結構稱為"非緊密堆積"，〗旦是功能化顆粒通常不會如理想化硬球那樣緊密堆積。由于A的配位層中僅具有顆粒B，反之亦然，因此bcc結構可4艮好的適應用于優(yōu)化示例性二元A-B系統(tǒng)中相互作用能的要求，其中A-A和B-B相互作用主要是排斥。然而，可通過改變工藝條件或功能化顆粒的DNA結構而形成多種晶體結構。改變系統(tǒng)I-VI中間隔區(qū)的長度和柔性可以確定用于形成組裝bcc晶體相的條件，證實對于特定識別序列長度，較長且較柔的間隔序列有利于形成組裝的晶體相。DNA序列中的這些結構變4匕可以與對長程排序有利的顆粒間相互作用勢相關4關。尤其是，DNA中間隔節(jié)段的長度至少部分確定了與顆粒大小相關的相互作用范圍，并且處于用于該示例性實-瞼中所研究最長間隔序列的顆并立大小級別。DNAi秀導的結晶可能需要長程相互作用，處于顆沖立大小或更大的級別，用于實現(xiàn)晶體相中的多樣性，其中bcc相是豐度最大的。這種由間隔區(qū)長度和柔性決定的勢能柔軟度允許以較低的能量消耗進行相等的顆?？臻g位移。DNA介導的相互作用的復雜性、其分散的堿基對和鏈特性以及群集效應，使得定量測定該勢能柔軟度成為一個難題，但對于自發(fā)bcc晶體形成的一組條件的經驗描述對于長期尋找的可控性納米顆粒組裝排序是一個重要步驟。這種用于產生良序超材料的方法可以導致產生獨特于不同組裝條件和材料的相多樣性。除了其他修飾外，這種多樣性可例如通過改變DNA序列的間隔區(qū)和識別節(jié)段的長度或者或通過改變其長度的比率而實現(xiàn)。DNA帽化金納米顆粒裝配體中的長程有序可以通過改良DNA設計改變顆粒間相互作用而實現(xiàn)。DNA節(jié)段的長度和剛性以及組裝體內部結構之間的關聯(lián)性可以利用SAXS進行原位考察。利用本文所述4支術形成的DNA帽^ft納米顆粒的bcc晶體結構表現(xiàn)出超過幾百納米的相關長度，并且是明顯開放的，其中顆粒僅占據晶格體積的4%。納米顆粒的這種晶體結構是熱動力學穩(wěn)定且可逆的，證實晶才各常凄t在大約3(TC的溫度范圍內幾乎擴大10%。該示例過禾呈i正實了通過DNA在納米顆粒組裝中誘導長程有序性的能力。該長程有序在至少十個顆粒間距離或晶胞上持續(xù)。這表明了利用生物識別相互作用/人納米級構<牛形成3D晶體結構的新途^圣。這種途徑可以在這些系統(tǒng)中產生多種多沖羊的相，通過i殳計4妄下來可能生成超材料。通過充當能夠加速化學反應的催化劑或者通過攜帶該催化劑，該開i文式結構以及同時增加的表面積可用來促進催化。圖6示出了DNA4定4妄的典型結構，而圖7示出了具有相應4定接結構的未退火和退火的DNA連接納米顆粒聚集體的小角X射線散射(SAXS)結果。在圖6的示意圖中，識別(互補)序列在DNA帽化顆粒A鍵接的底部及帽化顆粒B間接的頂部上示出(為了清晰，僅示出了一個顆粒間鍵接)。在上述實施例中，系統(tǒng)I的納米顆粒用單鏈DNA(ssDNA)的序列功能化，該單鏈DNA每一個均具有3-b非相互作用的中性區(qū)和15-b互補連4妄區(qū)(顆粒A沿著其與顆粒B雜合，形成15堿基對(bp)的雙鏈連接區(qū))。在系統(tǒng)II中，兩種顆粒均具有15-b中心區(qū)和15-b連4妄區(qū)，并在雜合時形成15-bp連接-區(qū)。系統(tǒng)III是不對稱的，其中顆粒A具有35-b間隔區(qū)和15-b連接區(qū)，而顆4立B則具有各15-石咸基的間隔節(jié),殳和連4妻節(jié)革殳。在系統(tǒng)IV中，顆粒A和B均用35-b間隔(中性)節(jié)段和15-b連接(互補)節(jié)段功能化。系統(tǒng)V的功能化顆粒具有含3-b間隔區(qū)和30-b連接區(qū)的DNA序列，而在系統(tǒng)VI中，間隔區(qū)是由35個義咸基對構成的雙鏈，而連接區(qū)則包含15個堿基的ssDNA。系統(tǒng)VI的功能化顆粒通過雜合系統(tǒng)IV顆4立的間隔節(jié)l殳而獲得。圖7中顯示了未退火系統(tǒng)和在預熔化溫度Tpm下退火系統(tǒng)的SAXS圖案，其中每個照片上均指出了實驗溫度。左邊的系列示出了未退火系統(tǒng)的結果，而右邊的系列則對應于退火的4羊品。未退火系統(tǒng)I-V的散射圖案在28。C獲得，而未退火系統(tǒng)VI則在3(TC獲得。系統(tǒng)I的退火樣品數(shù)據在59。C取得，系統(tǒng)II為57°C,系統(tǒng)III為53°C,系統(tǒng)IV為56。C,系統(tǒng)V為71'C,系統(tǒng)VI則為62'C。圖8示出了圖7中所示散射圖案的提取結構因子S(《)。深色線示出了退火之前系統(tǒng)的S(g)，而淺色線示出了退火系統(tǒng)的S(g)。系統(tǒng)I至VI的第一S(《)峰的位置分別為低溫下《產0.0403，《=0.0324，卯產0.0273'qIV=0,0266,gv=0.0351和《v產0.0226A—1,而Tpm下《r=0.037,卯=0.0298,咖=0.0244,《IV=0.0233，,0.029和物=0.0199A"。圖8中，淺色線代表退火樣品，而深色線代表未退火樣品。圖9示出了系統(tǒng)IV的SAXS照片、提取結構因子S(《)和結晶途徑示意圖。納米顆粒的未退火系統(tǒng)處于亞穩(wěn)態(tài)。隨著溫度升高，系統(tǒng)熔化并分解。在冷卻時發(fā)生結晶，且結晶在隨后5爭越裝配體熔化溫度通過加熱/冷卻循環(huán)時是可再現(xiàn)的且穩(wěn)定的。S(《)線連續(xù)地移動4.4個單位。插圖示出了60°C時《范圍為0.018至0.068A—1的S(《)放大區(qū)域。表1:研究中1"吏用的ssDNADNA序列(5'至3')A窗缺t為rrTTQOAAGTATTCCMTCCTTTTTTTTT憎'j9森TTOCAOTATTttrr渭TTT，CyHji"*SH系統(tǒng)-mTTCTO—TOTaire諷T柳OCTTTTTTt"-鯛SATI*CMTTTTTTTTT系紛-rvamcttctccaattcttotgtcoatocttttTTTttt，忍OTTOSA纖fCT，dtoreOATt€G瞎OCTTTTTTT系統(tǒng)-vttcc.aatoatACQATAr遂h■PTATcro"TOThTC廣sh織-VI'TtCCWitct.纖鄉(xiāng)ushattoiqttOCf縱caacgawtmAAAmAM脅多'attttg雄r-a狄totl〗(依cGATll￡a柳m窗m川ttt了ttMlAAAaaatt-qh,*表2:組裝聚集體的UV-Vis熔化分析結果<table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table>如在圖10中看到的，系統(tǒng)IV的結晶結構利用SAXS確定。點線(140)表示對點散射體的體心立方(bcc)晶格所預測的S(《)峰幅度和位置。在3(TC取得的實驗數(shù)據(138)與理論預測的匹配非常緊密，表明系統(tǒng)IV的納米顆4立可組裝成具有bcc結構的三維晶體。bcc結構(142)的晶胞示意圖在插圖中示出。所提出的顆粒排布通過代表具有互補DNA連接序列的顆粒的淺色和深色球表示。顆粒A以顆粒B作為最近的鄰居，反之亦然；換句話i兌，顆粒A的配位5求體僅由顆粒B構成，反之亦然。系統(tǒng)IV的晶格參數(shù)a在丁二30。C時為34.8nm，而在T-57。C時為37.5nm。圖11包含系統(tǒng)I至VI中使用的DNA帽化金納米顆粒的一組代表性TEM照片和統(tǒng)計分析。左邊顯樣t照片中的比例棒等于70nm，而右邊照片中的比例棒等于10nm。顆粒尺寸的統(tǒng)計分析得到納米顆j立(144)的尺寸為11.4土1.0nm。圖12包含晶體形成后從系統(tǒng)IV收集的一組代表性SEM照片。最左邊SEM照片中的比例才奉等于100孩￡米，而其他兩張照片中的比例才奉則相當于100納米。納米顆粒(146)在4交暗的4于底背景中顯得較亮。類似地，圖13示出了晶體形成后從系統(tǒng)IV收集的一組代表性TEM照片。最左邊TEM照片中的比例棒等于100nm,而其他兩張照片中的比例棒則表示90nm。局部》文大的插圖區(qū)域由最右邊顯樣i照片中的框示出。同樣，可以清楚地看到納米顆粒(150)。圖14示出了處于退火前和結晶狀態(tài)的系統(tǒng)IV聚集體的一組熔化曲線，而圖15中示出了其相對于溫度的一階導凄t。實線對應于退火之前的聚集體，而虛線對應于結晶結構。圖15中的曲線分析得到了退火前形式的熔化溫度為63°C，而晶體形式的熔化溫度為62°C。收集含0.20MNaCl、pH為7.1的10mM磷酸鹽緩沖液中聚集體的數(shù)據；溫度變化的速率為rc/min。圖16示出，7rc時系統(tǒng)iv的散射強度為《的函數(shù)。數(shù)據通過實心符號(160)表示，而實線(162)表示將這些數(shù)據與對具有高斯尺寸分布的5求形顆粒所<故預觀'J進4于擬合。擬合的顆粒直徑為11.5±1.2nm，非常才妄近通過TEM確定的11.4±1.0nm的直徑(圖11)。類似的結果可以利用尺寸和組成差異巨大的顆粒來獲得。實施例4:聚苯乙烯微粒炎苯乙;^教〕粒的表面修謬將具有30-200個堿基的單鏈3，-伯胺修飾的ssDNA接至羧化的聚苯乙烯膠態(tài)球體(1.9[im)上。在典型修飾中，懸浮0.15wt。/。的顆斗立并在100mMEDAC存在的'清況下于50。C在100mM咪唑緩沖液(pH7.0)中與15|LiMDNA溶液一起孵育3小時?！綂^飾的顆粒通過連續(xù)離心(800g,6min)和上清液交換在0.5%SDS溶液中清洗3次。然后，類似地，將其在熱(60°C)去離子水中清洗三次并再懸浮于10mM石粦酸鹽^爰沖液(pH7.7)中，于4。C儲存。表面上非互補DNA的量/w通過改變移接過程中所使用連接序歹'J(丄)的DNA濃度[丄]和中性序列(AO的DNA濃度[iV]的比值加以控制，/f[iV]/([7V]+[丄])。DNA功能化如金納米顆粒一樣實施。DNA表面密度通過熒光^r測定量為約0.3鏈/10nm2,或者約300,000總ssDNA鏈/微粒。AO.50時，僅觀察到大聚集體，每一個均包含數(shù)千個顆粒。當^處于0.50和0.90之間時，聚集體尺寸隨著^增加而降低，僅包含幾個聚苯乙烯(PS)顆粒的簇。當A達到約0.95時，僅觀察到獨立的未組裝PS。因此，聚集體尺寸隨著A增加而減少的效應表明在平衡吸引性相互作用方面滲透排斥(由tVssDNA提供)的強烈影響。功能化Au納米顆粒(AuNP)可獲得類似的結果，隨著^增加聚集體生長顯著減'隄。AuNP的熔化溫度也隨著^增加而降j氐。實施例5:"交乳樣史粒魔^殺在的衷面/##:制備膠乳球體(約1.9pim)并依照用于聚苯乙烯微粒的相同過程對其表面進行修飾。表面上非互補DNA以控制，/F[AT]/([An+[jL])。DNA功能化如同金納米顆粒一樣實施。DNA表面密度通過熒光檢測加以定量。觀察到與PS微粒一樣的結果，其中聚集體尺寸隨著A增加而降低。另外，還觀察到聚集體的組裝速率隨著A增加而降低。此外，這些結果可在0-140mM的大范圍離子強度中觀察到。然而，對于特定A，聚集體尺寸隨著離子強度增加而增大。在微米量級，可以，i定膠乳和PS顆粒的表面相對于連接和中性DNA是平的。因此，通過雜合至較大顆粒和平坦表面而連接的納米構件和」微構件可以獲得類似的結果。實施例6:連接DNA介導的納米顆粒結晶會勁^教「在"wTV尸J^S5^:簡單而言，將lmMHAuCl4水溶液加熱至沸點達15-30分鐘。然后，將一份10mL濃度為38mM的4寧4蒙酸三鈉加入該溶液中。初始顏色變?yōu)榧t色后，該溶液立即用H20淬滅，然后自然冷卻至室溫。將溶液避光儲存。Au濃度通過消光系l史1.0.108Lmor1cm"進4亍計算。ZM^勁術教在/##:典型地，碌^醇功能化的單鏈寡核苷酸(ssDNA-A和ssDNA-B，序列參見下文)作為二硫化物購得(從IDTInc.),首先利用二錄u蘇津唐醇(DTT)水溶液還原，4妄著在新鮮純化的交聯(lián)葡聚糖凝膠柱(G-25,Amershambioscience)中用磷酸鹽緩沖液(pH=7.0)洗脫。DNA在特定DNA消光系數(shù)下利用UV-Vis分析進行定量。然后，合成的Au納米顆粒(AuNP)如前所述用ssDNA-A或ssDNA-B功能化。清洗過程通常重復至少3次。將最終的ssDNA-AuNP分散于0.3MPBS中。結合至每一個AuNP的ssDNA凄t量估算為約50。連接物L30和L70由IDTInc.提供，通過PAGE進行純化，無需進一步純化即可使用。組裝體通過混合等摩爾量濃度為20-40nM的ssDNA-AuNP-A和ssDNA-AuNP-B以及濃度為0.2-0.8(iM的連接物L30或連接物L70而獲得。然后將樣品加熱至65。C并在室溫下^f呆持10分4t,隨后冷卻至室溫約2小時。將該懸浮〉容液轉移至毛細管并留置過夜以4吏沉淀固定在毛細管底部，然后才羊品可用于才企測。僅器襲f:這個實施例中的檢測利用以下儀器而實施。提供該具體細節(jié)是為了通過使用具體實施例進行清晰闡釋，而不是為了支持任何特定制造商；任何功能類似的儀器均可應用。TEM:TEM實驗在以120kV操作的JEOL-1300顯樣i鏡上實施。樣品通過將溶液澆鑄到碳涂覆銅網上然后去除過量的溶液而制備。SEM:將才羊品沉積在清洗過的石圭基片上并利用HitachiS-4800掃描電子顯孩M竟以典型的1kV電壓和10nA發(fā)射電流進4亍;險測。SAXS:SAXS實-瞼在國家同步加速器光源(NSLS)X-21束線下實施。緩沖液中的樣品容納于石英毛細管中。溫控儀具有士o.rc的精度，高溫下則具有0.2。C的超調。散射數(shù)據利用CCD平面檢測器在各個溫度下平衡10分鐘后加以收集。散射矢量《通過利用山崳酸銀進行校準。DLS:DLS4企測在MalvernZetasizerZS儀器上4;M亍。該4義器裝配有一個633nm激光源和一個在173Q的反向散射檢測器。數(shù)據利用CONTIN法進4亍分一斤。UV-Vis:UV-Vis光i普在Perkin-ElmerLambda35分光計(200-900rnn)上收集。在該方法中，附著在NP上的ssDNA不是互補的；需要兩端互補于NP上各個ssDNA的連接DNA(參見圖17的插圖)。通過在0.3MPBS緩沖液(lOmM磷酸鹽緩沖液，300mMNaCl，pH-7.0)中混合等摩爾量兩種類型的ssDNA帽化AuNP(命名為ssDNA-AuNP-A和ssDNA-AuNP-B)和不同長度的單鏈連4妄DNA,我們已經生成了兩組DNA/AuNP雜合系統(tǒng)(Sys-L70和Sys-L30)。AuNP的直徑為11.5±1.1nm,其可以從電子顯微鏡和/或動力學光散射結果進行推導。兩種類型的帽化ssDNA是非互補的類型A(A=5，-ATTGGAAGTGGATAA-(T)15-C3H6-SH)和類型B(B=HS-C6H12-(T)15-TAACCTAACCTTCAT-3，)。每一類均具有15=石咸基外部識別部分和15-b多聚-T，其用作將識別序列與AuNP表面分離的間隔序列。該間隔序列可以為幾乎任意長度，包括至少5-b多聚-T(或者多聚-A或其他非相互作用序列，根據需要)。連接DNA分另'J是L70(5，-TTATCCACTTCCAAT-(T)70-ATGAAGGTTAGGTTA-3，)和L30(5,-TTATCCACTTCCAAT-(T)3o畫ATGAAGGTTAGGTTA-3，)。每一個均具有柔性多聚-T和互補于AuNP上ssDNA各個末端的兩端。柔性聚-T序列實際上可以具有至少5個堿基長的任意長度。15bpdsDNA的熔化溫度為約60°C,其通過利用UV-Vis分光計測得。圖17示出了支持DNA/Au納米顆4立雜合系統(tǒng)中形成開》文式BCC晶格的數(shù)據。這些數(shù)據(點202)與對bcc晶格結構因子的擬合(204)吻合良好。如在插圖中看到的，顆粒A(206)完全包圍顆粒B(208)，且顆粒B的最近鄰居也僅有顆粒A。盡管DNA(210)可防止這些顆粒如理"i侖預測那樣密集，^f旦其無法完全解釋顯著開方文的晶體結構。圖18示出了Sys-L30在加熱期間的示意圖和代表性溫度依賴性2DSAXS圖案和各個才是取結構因子S(q)。兩種類型的顆粒(212，214)通過具有中性區(qū)(222,224)的連4妄物(216)進4亍連4妄。然后，將該結構沿著連接區(qū)(218,220)連接。圖18中示出了兩種顆粒鍵接。隨著溫度升高，有序度從亞穩(wěn)態(tài)(226)增加至結晶(228)至無序(230),直至在大約59。C下結構熔化。圖19A示出了Sys-L30在冷卻期間的溫度依賴性SAXS圖案。結構的長程有序4呆持至室溫。圖19B示出了冷卻期間溫度依賴性最近相鄰距離減少。圖19C是在空氣中干燥之后Sys-L30晶體的SEM照片。黑線(238)是樣品中的裂縫，而點(236)是有序的納米顆粒。比例棒為100nm。圖20A是高度放大的ssDNA-AuNP(240)代表性TEM照片。圖20B示出了未帽化AuNP、ssDNA-AuNP-A和ssDNA-AuNP-B的DLS結果。相比未帽化顆粒，ssDNA-AuNP-A和ssDNA-AuNP-B均表現(xiàn)為向4交大直徑發(fā)生移動。圖21示出了Sys-L70在加熱期間的代表性溫度依賴性2DSAXS圖案。環(huán)的清晰度表示有序度，這里，從室溫至剛好低于DNA帽化結構熔化溫度的溫度其有所增加。盡管已經參照本發(fā)明的單個實施方式進行了前述說明，但是應當理解，利用本文中的教導，本領域的熟練4支術人員可以在4交寬方面上提出各種變化和修飾而不背離本發(fā)明。例如，已經描述了利用直徑大約10nm的Au納米顆粒的具體實施方式，但是各種尺寸的其他材料(金屬、半導體、磁性、電解體材料)顆粒也可以代替。類似地，將系統(tǒng)I-VI描述為具有固定尺寸的連接和中性節(jié)段。實際上，連接區(qū)可以包含約10至約200個堿基，形成具有10至200個堿基對的雙鏈連接區(qū)，而非相互作用中性節(jié)段可以包含約3至約200個堿基。同樣，盡管所選實施例提及相同材料的顆粒，但是可以使用混合顆4立，如金屬和半導體。具有孩i米級別(0.1nm至lOOjam)尺寸的樣i?？梢杂脕泶婢哂屑{米級別(1nm至100nm)尺寸的納米顆粒(參見實施例4和5)。如關于實施例中系統(tǒng)VI所進行的描述，DNA序列的中性節(jié)段并非必須是單鏈。另夕卜，盡管為了具體說明，實施例已參照DNA功能化進行了描述，^f旦是樣支構件和納米構件也可以用RNA或PNA進行功能化。RNA和PNA具有與DNA相同的可尋址性能以及類似的熔化溫度和結構。PNA是人工的并且比DNA更能耐受降解，使其可以在對DNA有害的條件下〗吏用，包括在非水溶劑中。例如，DNA和RNA可以一起使用。在這種情況下，-使用有催化活性的RNA鏈來代替少部》處，同時允許聚集體參與或催化其他反應前面的描述是為了舉例說明，本發(fā)明僅通過所附權利要求加以限定-權利要求1.一種顆粒裝配體，包含用核酸的第一序列功能化的第一類型顆粒，所述第一序列包含一個連接核酸的單鏈節(jié)段和一個中性核酸節(jié)段；用核酸的第二序列功能化的第二類型顆粒，所述第二序列包含一個連接核酸的單鏈節(jié)段和一個中性核酸節(jié)段；所述第一和第二類型顆粒通過沿著所述核酸的第一和第二序列的連接節(jié)段形成的雙鏈核酸的連接區(qū)連接，所述連接的顆粒聚集而形成所述顆粒裝配體；以及所述顆粒裝配體顯示長程晶序。2.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述核酸的第一序列包含選自由RNA和PNA組成的組中的核酸。3.才艮據4又利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述核酸的第一和第二序列包含DNA。4.根據權利要求3所述的顆粒裝配體，其中所述第一和第二DNA序列的連4妾節(jié)^:是相互互^卜的；以及所述連接區(qū)包含與所述第二DNA序列的連接節(jié)段雜合的所述第一DNA序列的連^妄節(jié)^殳。5.根據權利要求3所述的顆粒裝配體，其中，所述連接區(qū)包含核酸的第三序列，其與所述第一DNA序列的連接節(jié)段和所述第二DNA序列的連接節(jié)段雜合。6.才艮據斥又利要求5所述的顆粒裝配體，其中，所述連接區(qū)進一步包含一個中性核酸的序列。7.根據權利要求6所述的顆粒裝配體，其中所述第一和第二類型顆粒用非相互互補的單鏈DNA功能化，所述功能化DNA序列每一個包含柔性多堿基間隔區(qū)，所述間隔區(qū)包含至少5石威基的多聚-TDNA;以及所述連接區(qū)的中性序列包含至少5堿基的單鏈多聚-TDNA。8.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述長程晶序延伸至約10個以上的顆并立間間隔。9.才艮據4又利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述長程晶序是三維的。10.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，中性核酸的至少一個節(jié)段是雙鏈。11.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述第一和第二類型顆粒具有不同的組成。12.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述第一類型顆粒包含尺寸約0.1至約100微米的微構件。13.根據權利要求1所述的顆粒裝配體，其中，所述第一類型顆粒包含尺寸約1至約100納米的納米構件。14.才艮據權利要求13所述的顆粒裝配體，其中，所述第一類型納米構件具有選自由金屬、半導體、介電和》茲性組成的組中的特性。15.才艮據權利要求14所述的顆粒裝配體，其中，所述第一類型的納米構件是金納米構件。16.根據權利要求13所述的顆粒裝配體，進一步包含用核酸的第三序列功能化的第三類型納米構件，所述第三序列包含一個連接核酸的單鏈節(jié)l殳和一個中性核酸節(jié),殳；以及所述第一和第三類型顆粒通過沿著所述核酸的第一和第三序列的連4妾節(jié)段形成的雙鏈核酸的連4妄區(qū)連4妄。17.根據權利要求13所述的顆粒裝配體，其中所述連4妄區(qū)包含約10至約200個石咸基乂十的DNA序列；所述核酸的第一序列的中性節(jié)萃殳包含具有約3至約200個石威基的單鏈DNA間隔區(qū)域；以及所述核酸的第二序列的中性節(jié)4殳包含具有約3至約200個石咸基的單鏈DNA間隔區(qū)域。18.才艮據權利要求17所述的顆粒裝配體，其中所述連4妄DNA包含15個》咸基對；所述第一序列的單鏈DNA間隔區(qū)i或包含35個石威基；以及所述第二序列的單鏈DNA間隔區(qū)域包含35個石威基。19.一種控制顆粒組裝體性能的方法，所述方法包括用具有第一連^妄區(qū)域和第一中性區(qū)域的核酸的第一序列帽化第一種顆粒；用具有第二連^婁區(qū)域和第二中性區(qū)域的核酸的第二序列帽化第二種顆粒；在所述第一和第二核酸序列之間形成4建才妄；生成所述連接的核酸帽化顆粒的裝配體；以及通過指定所述各個核酸序列的所述第一和第二連接區(qū)域以及所述第一和第二中性區(qū)域的長度而控制所述裝配體的性a匕20.才艮據4又利要求19所述的方法，其中，所述核酸的第一序列包含RNA或PNA序列。21.4艮據4又利要求19所述的方法，其中，所述核酸的第一序列包含DNA序列。22.根據權利要求19所述的方法，其中形成所述4建接，包括使所述第一核酸序列的第一連4妄區(qū)域與第三核酸序列的第一連4妄區(qū)域雜合；以及使所述第二核酸序列的第二連接區(qū)域與所述第三核酸序列的第二連接區(qū)域雜合。23.根據權利要求19所述的方法，其中，形成所述鍵接包括使所述第一核酸序列的第一連接區(qū)域與所述第二核酸序列的第二連接區(qū)域雜合。24.根據權利要求19所述的方法，進一步包括用非相互作用的核酸序列帽化第三種顆粒，其中帽化所述第三種顆粒的所述非相互作用核酸序列的濃度4氐于約95%。25.根據權利要求19所述的方法，其中，控制所述裝配體的性能包括控制所述第一種和第二種顆粒之間的4定*接的數(shù)量。26.根據權利要求19所述的方法，其中，控制所述裝配體的性能包括控制所述裝配體的熔化溫度。27.根據權利要求19所述的方法，其中，控制所述裝配體的性能包括控制所述顆粒之間的顆粒間距離。28.#4居權利要求19所述的方法，其中，控制所述裝配體的性能包括控制所述裝配體的組裝速率。29.根據權利要求19所述的方法，其中，控制所述裝配體的性能包括控制所述裝配體的形態(tài)。30.根據權利要求29所述的方法，其中所述顆粒是納米構件；以及控制所述裝配體的形態(tài)包括形成顯示長程三維晶序的裝酉己*。31.才艮據4又利要求30所述的方法，其中，形成所述顯示長程三維^!古/rA4工tV/《工FF^-、4r'W退火的裝配體退火，將所述退火的裝配體加熱至高于其熔化溫度的溫度，以及將所述熔化的裝配體冷卻至低于其熔化溫度的溫度，形成所述顯示長程三維晶序的裝配體。32.—種構建超材沖+的方法，所述方法包括用核酸的第一序列功能化多個第一類型顆粒；用核酸的第二序列功能化多個第二類型顆粒；所述第一核酸序列包括第一組的至少三個單鏈石威基，所述第一組形成第一連接區(qū)域，所述第二核酸序列包括第二組的至少三個單鏈石成基，所述第二組形成第二連接區(qū)域；所述第一核酸序列包括與所述第二核酸序列中多個堿基非互補的第一核酸區(qū)域，形成至少一個中性區(qū)域；沿著所述第一連4妄區(qū)域z使所述第一核酸序列和一組與所述第一組堿基互補的堿基雜合；沿著所述第二連接區(qū)域〗吏所述第二核酸序列和一組與所述第二組堿基互補的堿基雜合，其中所述第一和第二類型功能化顆粒通過它們各自功能化DNA序列中的雜合區(qū)域連接；使所述第一和第二類型功能化的連接顆粒形成聚集體；使所述聚集體退火；熔化所述聚集體；以及4吏所述熔化的聚集體冷卻至低于其熔化溫度的溫度以形成所述超材料，所述超材料顯示長程三維晶序。33.根據權利要求32所述的方法，其中，所述第一核酸序列選自由DNA序列和RNA序列組成的組。34.才艮據一又利要求32所述的方法，其中，4吏所述連4妄的顆并立形成所述聚集體包括使所述連接的顆粒進行自組裝。35.根據權利要求32所述的方法，其中，所述第一和第二類型顆粒是具有納米級尺寸的納米構件。36.—種電漿晶并立，包4舌顯示長程三維晶序的生物激勵超材料，所述超材料包括多個1型和2型納米構件，所述1型納米構件用包含連接區(qū)域和中性區(qū)域的第一核酸序列功能化，所述2型納米構件用包含連接區(qū)域和中性區(qū)域的第二核酸序列功能化，所述功能化的納米構件通過它們各自的連接區(qū)域雜合而連接，所述連接的納米構件組裝成非緊密堆積型晶體結構。37.根據權利要求36所述的電漿晶粒，其中所述1型和2型納米構件的所述連4妄區(qū)域是非相互作用的；所述功能化的納米構件通過它們各自的連接區(qū)域與第三核酸序列的第一和第二識別區(qū)i或雜合而連4妄；所述第一識別區(qū)域互補于所述1型納米構件的所述連接區(qū)域；所述第二識別區(qū)域互補于所述2型納米構件的所述連4妄區(qū)域。37.根據權利要求36所述的電漿晶粒，其中，所述第一和第二核酉史序列包含PNA序列。38.根據權利要求36所述的電漿晶粒，其中，所述第一和第二核酸序列選自由DNA序列、RNA序列、以及RNA序列和DNA序列組成的組。39.根據權利要求36所述的電漿晶粒，其中，所述超材泮牛具有體心立方晶體結構。40.根據權利要求36所述的電漿晶粒，其中，所述功能化的納米構件構成4氐于約10%所述晶體的體積。41.一種催化劑，包括包^"兩種類型納米構件的納米顆粒組裝體，各自用包含連接部分和中性部分的核酸序列進行功能化；所述組裝體顯示長程晶序；所述長程晶序包括具有非緊密堆積型晶體結構的晶體；以及所述納米顆粒組裝體是可操作的以催化化學反應。42.根據權利要求41所述的催化劑，其中，所述功能化的納米構件占據低于10%的所述晶體的總體積。43.根據權利要求41所述的催化劑，其中，所述非緊密堆積型晶體結構是體心立方晶體結構。44.根據權利要求41所述的催化劑，其中，所述納米顆粒組裝體進一步包含第三類型的納米構件。45.根據權利要求44所述的催化劑，其中，所述第三類型的納米構件用非相互作用的核酸序列進行功能化，其中功能化所述第三類型納米構件的所述非相互作用的核酸序列的濃度為低于約95%。46.根據權利要求41所述的催化劑，其中，所述核酸序列選自由PNA序列、DNA序列、RNA序列、以及DNA序列和RNA序列組成的組。47.根據權利要求46所述的催化劑，其中，RNA序列是可操作的以催化化學反應。48.根據權利要求41所述的催化劑，其中，所述納米顆粒組裝體述無機材料是可操作的以催化化學反應。全文摘要在一些實施方式中，使用DNA-帽化納米顆粒以限定其組裝體中的晶序程度。在一些實施方式中，形成了熱力學可逆且穩(wěn)定的體心立方體(bcc)結構，其中顆粒占據＜～10％的晶胞。鑒定了適于顆粒組裝體結晶的設計和途徑。在一些實施方式中，提供了一種電漿晶粒。在一些方面，提供了一種用于控制顆粒裝配體性能的方法。在一些實施方式中，從由核酸序列連接的納米顆粒形成催化劑且形成開放式晶體結構，其中催化活性試劑附著于其表面上或間隙中的晶粒上。文檔編號C12N15/09GK101541961SQ200780044327公開日2009年9月23日申請日期2007年10月3日優(yōu)先權日2006年10月4日發(fā)明者丹尼爾·范德勒利耶,奧列格·甘格,德米特羅·尼基潘丘克,馬休·梅耶申請人:布魯克哈文科學協(xié)會