利用 DNA 折纸胶体几何编程自限制微管组装

自组装是在纳米尺度制造功能材料最有前景的策略之一，然而亟需用于制造自限制结构（而非空间无限周期晶格结构）的新设计原理。为应对此挑战，我们探究一类特定自限制结构——圆柱状微管——在可寻址组装与自闭合组装之间的权衡。我们用 DNA 折纸制备具特定、价限相互作用与设计结合角的三角形亚基，并研究其组装为宽度自限制且远大于单个亚基尺寸的微管。在最简单情形中，微管由单一组分通过几何编程相邻亚基间二面角组装而成。我们表明微管长度可达数微米，且其平均宽度可由二面角预设。我们发现微管宽度与手性存在分布，并通过建立考虑组装结构有限弯曲刚度及自闭合机制的模型加以解释。最后，我们证明通过增加亚基种类数、从而提高组装复杂度，可进一步塑造微管分布，并表明使用两种亚基成功将可用末端态数量减半。这些结果有助于阐明组装复杂度与几何在自限制组装中的作用，并可推广至其他自限制结构，如壳、环面或三重周期框架。