寡核苷酸和疏水性的分子結合形成的兩親性DNA在構筑各種納米結構方面有著廣闊的前景。多價效應（multivalency effects）帶來的分子識別性能非常值得研究。在水中，兩親性DNA往往會自組裝成具有機核心和DNA電暈的納米結構。這些納米組裝體的分子識別性能（高結合常數、尖銳的熔融轉變、抗酶解性以及**細胞攝取）在基因檢測和基因**等生命醫(yī)學領域有著重要的應用前景。

  兩親性分子的自組裝結構通常可以通過改變親疏水部分的體積占比來控制。然而，由于DNA的磷酸鹽骨架結構具有非常強的親水性，兩親性DNA往往只會簡單地組裝成球狀膠束，不容易像兩親性多肽那樣組裝成多種多樣的納米結構，比如具有周期性螺旋的圓柱納米纖維、具有層次組裝結構的納米管和納米螺旋等。

圖1. 兩親性多肽（PA）的分子結構及其在水中的多種自組裝納米形貌。

設計合成了同時含有多肽和DNA的雙生物活性嵌段共聚物DNA-b-poly (amino acid)，實現了對兩親性生物大分子系統性和程序式的形貌控制，得到了具有多種自組裝形貌和分子識別性能的組裝體。

圖2. DNA-b-poly (amino acid)的合成過程

多肽鏈段poly (amino acid)的合成采用了可逆加成斷裂鏈轉移（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer，RAFT）可控聚合，并結合了**的固相多肽合成（Solid-phase peptide synthesis，SPPS）。為了平衡強親水性的DNA鏈段，使用了具有強疏水側鏈的苯丙氨酸（Phe或F）作為多肽鏈段的單體。DNA鏈段和多肽鏈段經過一步脫水縮合就得到了雙分子嵌段共聚物DNA-b-poly (amino acid)。合成了三種分子量和重復單元稍有不同的共聚物，其中多肽鏈段的分子量范圍是2800 g/mol-5700 g/mol，DNA鏈段含有21個堿基對。

苯丙氨酸聚合物通常會組裝成二維片層結構，不是纖維結構；如上所述，DNA組裝體通常只會形成簡單的球狀膠束。然而有趣的是，發(fā)現兩者的結合產物DNA-b-poly (amino acid)在水（含10% HFIP）中形成了完全不同的結構：一維納米纖維！所使用的溶液濃度極稀，只有1 μM；其中一種DNA-b-poly (amino acid)的臨界膠束濃度（critical micelle concentration，CMC）只有140 nM 。利用了透射電子顯微鏡（TEM）對納米纖維結構進行了表征。

圖3. DNA-b-poly (amino acid)在HFIP和水混合溶劑中自組裝形成的一維納米纖維結構。標尺：500 nm

由于溶劑對非共價作用影響很大，將混合溶液中10%的HFIP換成了另外四種有機溶劑（DMF、ACN、MeOH、2-propanol）重復了自組裝實驗，發(fā)現DNA-b-poly (amino acid)在這四種極性有機溶劑和水的混合溶劑中都組裝成了二維納米結構，而不再是一維的納米纖維。隨著溶劑極性的增加，共聚物的組裝結構從納米纖維（HFIP）先變?yōu)檎{米條帶（2-propanol）后變?yōu)閷捈{米片層（DMF、ACN、MeOH）。這次，不僅利用了TEM還利用了熒光顯微鏡對標記了的共聚物形貌進行了表征。此外，還對可能的作用機制進行了推測。

圖4. DNA-b-poly (amino acid)在四種極性有機溶劑和水的混合溶劑中自組裝形成的二維納米條帶/片層結構

兩親性大分子在以水為主的溶劑中自組裝時，一定會把疏水片段包裹在核心而將親水性片段暴露在外表，共聚物DNA-b-poly (amino acid)也應該不例外。盡管多肽鏈段和DNA鏈段在組裝體中的分布一般不會與上述基本規(guī)律相違背，沒有直觀的表征就說DNA是一定暴露在組裝體外表未免有些不夠嚴謹。因此，將與共聚物中DNA互補片段修飾的金納米顆粒與共聚物混合共組裝，通過TEM觀察發(fā)現得到了表面布滿金納米顆粒的DNA納米纖維，直觀地證明了DNA-b-poly (amino acid) 組裝結構中DNA鏈段和多肽鏈段的分布。

圖5. 金納米顆粒DNA雜化共組裝

如果說雙生物活性共聚物DNA-b-poly (amino acid)是一個雙面手，而與金納米顆粒雜化顯跡是DNA這一面的特性，那么多肽這一面的特性該如何通過共聚物的自組裝結構更好地體現呢？在DNA-b-poly (amino acid)中分別加入了胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）和嗜熱菌素（thermolysin）兩種蛋白酶水解切割共聚物中多肽鏈段側鏈的端甲氧基或端苯丙氨酸基團，并通過TEM比較研究，發(fā)現同一共聚物序列在同一溶劑中的自組裝結構會由納米纖維轉變成納米片層結構，實現了對DNA組裝體結構的程序式控制。

圖6. 蛋白酶作用下DNA-b-poly (amino acid)組裝體納米結構的轉變