刘雨庆1,2,3, 程杰1,2,3, 王越4, 焦凯3, 诸颖3, 李江3, 郭琳洁3*
1. 中国科学院上海应用物理研究所, 同步辐射前沿应用教研室
2. 中国科学院大学
3. 上海大学理学院, 材料生物学研究所
4. 上海交通大学化学化工学院
收稿日期:2026-03-13
修回日期:2026-04-18
出版日期:2026-04-22
发布日期:2026-04-22
通讯作者:
郭琳洁
E-mail:guolinjie@shu.edu.cn
基金资助:
LIU Yuqing1, 2, 3, CHENG Jie1, 2, 3, WANG
Yue4, JIAO Kai3, ZHU Ying3, LI Jiang3,
GUO Linjie3*
Received:2026-03-13
Revised:2026-04-18
Online:2026-04-22
Published:2026-04-22
Contact:
Linjie
E-mail:guolinjie@shu.edu.cn
Supported by:摘要: 一维DNA纳米材料在诸多领域有广泛的应用前景, 但其自组装效率的定量表征仍面临挑战. 本工作以六螺旋束(six-helix bundle, 6HB) DNA纤维为模型体系, 基于已有的图像分析方法, 针对高长径比一维纤维易交叉缠绕、难以进行单颗粒识别与计数的问题进行整合与参数化处理, 建立了一套基于原子力显微镜(AFM)图像分析的自组装效率可视化测量方法. 该方法以面积覆盖率和轮廓长度密度为量化指标, 实现了对一维DNA纤维网络结构的定量表征. 利用该方法考察了缓冲液pH(5–11)和Mg2+浓度(6.25–87.5 mM)对6HB DNA纤维组装行为的影响. 结果表明, 6HB DNA纤维的有效组装存在明确的条件窗口: pH 6–8范围内有利于高产率形成长纤维, 其中pH=8时自组装效率达到峰值(面积覆盖率约36%, 轮廓长度密度约8 μm·μm?2). 而当pH偏离该范围时, 连续的一维网络逐渐转变为碎片化或无序聚集结构, 两项参数接近背景水平. 同时, 纤维自组装对Mg2+浓度表现出明显的阈值响应特征, 浓度高于25 mM时进入快速增长区, 在50 mM以上时形成稳定的长纤维产物(面积覆盖率> 20%, 轮廓长度密度> 4 μm·μm?2). 这些测量结果通过可视化和定量分析, 验证了DNA纳米结构自组装对pH值和离子强度等环境条件的高度依赖性. 该研究框架有望为一维DNA纳米材料的设计, 制备与应用提供有力的定量分析工具.
中图分类号:
TrendMD:
刘雨庆 程杰 王越 焦凯 诸颖 李江 郭琳洁. 一维DNA纳米材料自组装效率的可视化测量. 高等学校化学学报, doi: 10.7503/cjcu20260103.
LIU Yuqing, CHENG Jie, WANG Yue, JIAO Kai, ZHU Ying, LI Jiang, GUO Linjie. Visualized Measurement of Self-Assembly Efficiency in One-Dimensional DNA Nanomaterials. Chem. J. Chinese Universities, doi: 10.7503/cjcu20260103.
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