《德国应化》：成功合成具有不同纳米形状的聚多巴胺并可将其折叠DNA纳米片

近日，来自德国普朗克高分子研究所的Yuzhou Wu教授、David Y. W. Ng博士以及Tanja Weil教授及其同事成功实现了可控合成具有不同纳米形状的聚多巴胺并使用该合成的聚多巴胺折叠DNA纳米片。

具有清晰形状的聚多巴胺高分子材料可被应用于高效微型生物传感器或生物芯片。但是，由于1）多巴胺聚合机理复杂，聚合过程因涉及众多未知及寿命短暂的中间体而了解甚少；2）多巴胺聚合过程快速以及3）多巴胺分子间的粘合性导致聚合物团聚，合成形貌可控的微型聚多巴胺一直是高分子合成领域中的一项挑战。

本文作者们将解决该挑战的关键锁定在了DNA分子上。作者们首先将DNA小段分子的3'末端修饰上一段富含鸟嘌呤（G）的序列（G4）并连接上氯化血红素（Hemin），然后将这些修饰后的小段DNA分子整合进DNA纳米片中。在整合过程中，人为将修饰后的DNA分子排列为一定的样式，作为聚合多巴胺的模板。

▲ 嵌入DNA纳米片的G4/氯化血红素活性位点引导多巴胺聚合过程示意图。在较低离子强度下聚多巴胺生长在DNA纳米片表面。较高离子强度时多巴胺则倾向在溶液中聚合。

当引入多巴胺（单体）、双氧水（氧化剂）及其他必要试剂后，多巴胺可在G4/氯化血红素活性位点的催化作用下被氧化为氧化多巴胺，继而形成寡聚体并进一步聚合生成聚多巴胺。为了防止聚多巴胺在溶液中自聚，作者们小心地调节了聚合体系的离子强度，使得DNA部分带负电而多巴胺中的氨基带正电。二者之间的静电吸引作用使得聚多巴胺仅会在位于DNA上活性位点附近聚合，使得最终形成的聚多巴胺高分子形状与事先排列好的G4/氯化血红素的图样保持一致并紧密贴附在DNA纳米片上。

▲ 两种不同样式的聚多巴胺可通过调整修饰后的DNA分子排列方式得以合成。

因为聚多巴胺分子间有很强的吸引力，作者们利用合成的聚多巴胺实现了对DNA纳米片的折叠。如下图所示，通过在DNA纳米片边界处或中心处生长聚多巴胺，DNA纳米片可以像纸张一样被折叠起来。

▲ 利用聚多巴胺中多巴胺分子间相互作用力产生的吸引力对DNA纳米片进行折叠操作（图中标尺为100 nm）。

此外，DNA分子可以很容易地使用1 M盐酸水溶液溶解掉，从而脱附形成在表面的聚多巴胺。原子力显微镜观察证明聚多巴胺的形状在脱附前后未遭到破坏。

本工作成功实现了利用DNA模板制备形貌可控的聚多巴胺高分子材料并利用聚多巴胺对DNA分子进行折叠。该法有望为DNA纳米技术及纳米医药应用开拓出全新的应用方向。