科学家将聚合物塑造成二维或者三维形状

最新的一项研究使得科学家们可以将聚合物塑造成二维或者三维形状，就像是将多肽折叠成功能性的三维结构一样。这项技术对共轭聚合物是极其有利的，因为它们具有π电子网络结构，可以导电。导电聚合物的固定和成型对构造分子电路来说是极其重要的一步。

分别来自丹麦奥尔胡斯大学、哈佛大学维斯研究所以及德国马克斯·普朗克学会的一组科学家们利用DNA折纸技术合成、固定了共轭聚合物并且对其进行了表征。他们的聚合物可以被塑造成任意的二维和三维结构并且保持其物理性能。

Knudsen等人合成了一种共轭刷状聚合物：2,5-二烷氧-对苯亚乙烯（APPV），这种功能性的聚合物通过九个核苷酸长度的单链DNA充当联结剂和DNA折纸结合在一起。APPV的主链上有羟基存在和亚苯基联结，这些羟基有利于合成功能性单链DNA。

这种单链DNA退火之后会从DNA台阶上伸展出互补链，因此可以将聚合物固定在合适的位置。这项技术就是广为人知的DNA折纸技术，因为从DNA折纸上伸展出来的DNA互补链可以被调整成任何形状用于设计，并且可以诱导聚合物和它的互补单链DNA一起形成相同的形状。

在这个实验中，APPV-DNA可以通过凝胶渗透色谱法、紫外可见光谱、荧光光谱、光电子能谱和原子力显微镜表征出来。凝胶渗透色谱法显示聚合物的尺寸在340 kDa - 3,300 kDa范围内，这和AFM研究结果都表明更小更长的聚合物碎片的存在。光电子能谱显示，少于2/3的含有羟基的亚苯单元被单链DNA功能化。AFM研究也提供了表面电势的信息，表明APPV-DNA聚合物具有比二氧化硅基片更高的电荷迁移，但是低于金和碳纳米管。

然后聚合物被固定于DNA折纸形成多样化的二维和三维形状，测试了聚合物的平整性以及电荷转移，首先测试了线形、U型以及90°形状的DNA折纸。对表面电势的研究结果表明固定的APPV-DNA聚合物表现出与所有的结构一样的电荷转移能力。将聚合物依附在DNA折纸上拉紧形成各种结构：波形、楼梯形以及圆环形，这也证实了聚合物的柔性。

最终，APPV-DNA聚合物被构造成由双螺旋叠环组成的三维的圆柱型结构，这种叠环是通过短链结合在一起的。透射电镜研究也证实了其圆柱状结构，但是使用透射电镜聚合物并不能提供足够的对照来进行完全的表征。原子力显微镜或者任何其他的扫描显微技术都不能对这种结构进行表征。探针和分子之间的相互作用会损坏聚合物的软三维结构。

为了获得APPV-DNA圆筒的三维渲染图，Knudsen等人利用DNA-PAINT这种基于DNA的显微成像方法，使用额外的没有固定在DNA折纸上的9个核苷酸长度的单链DNA获得了带有荧光标记的互补链。然后他们利用DNA-PAINT技术将链模式显现出来并且渲染了三维图像。

这项研究证实了控制共轭聚合物形成二维和三维结构的可能性，这对分子电路的设计来说是很有前景的。

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