寡核苷酸和疏水性的分子結(jié)合形成的兩親性DNA在構(gòu)筑各種納米結(jié)構(gòu)方面有著廣闊的前景。多價(jià)效應(yīng)（multivalency effects）帶來(lái)的分子識(shí)別性能非常值得研究。在水中，兩親性DNA往往會(huì)自組裝成具有機(jī)核心和DNA電暈的納米結(jié)構(gòu)。這些納米組裝體的分子識(shí)別性能（高結(jié)合常數(shù)、尖銳的熔融轉(zhuǎn)變、抗酶解性以及**細(xì)胞攝取）在基因檢測(cè)和基因**等生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。

  兩親性分子的自組裝結(jié)構(gòu)通常可以通過(guò)改變親疏水部分的體積占比來(lái)控制。然而，由于DNA的磷酸鹽骨架結(jié)構(gòu)具有非常強(qiáng)的親水性，兩親性DNA往往只會(huì)簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)，比如具有周期性螺旋的圓柱納米纖維、具有層次組裝結(jié)構(gòu)的納米管和納米螺旋等。

圖1. 兩親性多肽（PA）的分子結(jié)構(gòu)及其在水中的多種自組裝納米形貌。

設(shè)計(jì)合成了同時(shí)含有多肽和DNA的雙生物活性嵌段共聚物DNA-b-poly (amino acid)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩親性生物大分子系統(tǒng)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(shí)別性能的組裝體。

圖2. DNA-b-poly (amino acid)的合成過(guò)程

多肽鏈段poly (amino acid)的合成采用了可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer，RAFT）可控聚合，并結(jié)合了**的固相多肽合成（Solid-phase peptide synthesis，SPPS）。為了平衡強(qiáng)親水性的DNA鏈段，使用了具有強(qiáng)疏水側(cè)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(jīng)過(guò)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(fù)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(gè)堿基對(duì)。

苯丙氨酸聚合物通常會(huì)組裝成二維片層結(jié)構(gòu)，不是纖維結(jié)構(gòu)；如上所述，DNA組裝體通常只會(huì)形成簡(jiǎn)單的球狀膠束。然而有趣的是，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)合產(chǎn)物DNA-b-poly (amino acid)在水（含10% HFIP）中形成了完全不同的結(jié)構(gòu)：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(duì)納米纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jié)構(gòu)。標(biāo)尺：500 nm

由于溶劑對(duì)非共價(jià)作用影響很大，將混合溶液中10%的HFIP換成了另外四種有機(jī)溶劑（DMF、ACN、MeOH、2-propanol）重復(fù)了自組裝實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)DNA-b-poly (amino acid)在這四種極性有機(jī)溶劑和水的混合溶劑中都組裝成了二維納米結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(duì)標(biāo)記了的共聚物形貌進(jìn)行了表征。此外，還對(duì)可能的作用機(jī)制進(jìn)行了推測(cè)。

圖4. DNA-b-poly (amino acid)在四種極性有機(jī)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(jié)構(gòu)

兩親性大分子在以水為主的溶劑中自組裝時(shí)，一定會(huì)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(yīng)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(huì)與上述基本規(guī)律相違背，沒(méi)有直觀的表征就說(shuō)DNA是一定暴露在組裝體外表未免有些不夠嚴(yán)謹(jǐn)。因此，將與共聚物中DNA互補(bǔ)片段修飾的金納米顆粒與共聚物混合共組裝，通過(guò)TEM觀察發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shuō)雙生物活性共聚物DNA-b-poly (amino acid)是一個(gè)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(guò)共聚物的自組裝結(jié)構(gòu)更好地體現(xiàn)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(cè)鏈的端甲氧基或端苯丙氨酸基團(tuán)，并通過(guò)TEM比較研究，發(fā)現(xiàn)同一共聚物序列在同一溶劑中的自組裝結(jié)構(gòu)會(huì)由納米纖維轉(zhuǎn)變成納米片層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA組裝體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變