纳米粒子是指粒度在1—100nm之间的粒子（纳米粒子又称超细微粒）。属于胶体粒子大小的范畴。它们处于原子簇和宏观物体之间的过度区，处于微观体系和宏观体系之间，是由数目不多的原子或分子组成的集团，因此它们既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统。

1959年末，诺贝尔奖获得者理查德·费曼在一次演讲中首次提出纳米概念，但真正有效地研究纳米粒子开始于二十世纪六十年代。1963年U yeda等人用气体冷凝法制备了金纳米粒子。自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，标志着纳米科学技术正式诞生。近十多年，越来越多的科学家致力于纳米材料的相关研究中并在制备、性质和应用方面都取得了丰硕的研究成果。

原子级精确的直径为1-3纳米的超小纳米粒子(通常称为纳米团簇)有望阐明许多关于传统纳米粒子及其组装的挑战性问题，因为纳米团簇的总结构可以通过单晶X射线衍射(SCXRD)来解决。各向异性纳米粒子(通常直径大于3纳米)，或者特别是异二聚体纳米粒子，可以获得具有可观复杂性和丰富功能性的超结构和分级结构。然而，在以前对纳米团簇的研究中，通常获得各向同性结构以降低纳米团簇的表面能，并且没有报道的金纳米团簇是异二聚体。我们的目标是异二聚体纳米团簇，因为它们的表面结构在不同的表面区域变化，并表现出各向异性的亲和力，从而实现新的组装行为。这种异二聚体纳米团簇的结晶可以揭示多尺度组装的基本原理，在此期间，每个纳米团簇的旋转可以实现与相邻纳米团簇的各向异性相互作用，各向异性相互作用的细节可以通过结晶有效地记录，并且可以产生新的集体行为。这种原子级精确方法揭示的信息可以提供延伸到传统纳米粒子及更远的见解。

DNA长期以来一直被用作构建无机纳米粒子螺旋组装体的模板。例如，用脱氧核糖核酸(或肽)修饰的金纳米粒子可以产生螺旋组合。但是如果没有这样的生物配体，螺旋很难实现，它们的形成机制也很难理解。被配体如硫醇盐保护的原子级精确纳米团簇在粒子间和粒子内水平的组装中表现出分级结构的复杂性，类似于生物分子及其组装。此外，载流子动力学可以通过设计纳米团簇的结构来控制。但是这些纳米团簇通常具有各向同性的结构，并且常常组装成常见的超晶体。今日，卡内基梅隆大学金荣超教授（本科毕业于中科大）课题组报道了同二聚体和异二聚体金纳米团簇的合成以及它们在超结构中的自组装。当同二聚体纳米团簇形成逐层超结构时，异二聚体纳米团簇自组装成双螺旋和四螺旋超结构。这些复杂的排列是两个不同基序对的结果，每个单体一个基序对，其中每个基序与相邻异二聚体上的配对基序结合。这种基序配对让人想起DNA螺旋中核碱基的配对相互作用。同时，簇上的周围配体显示出双重或三重成对的空间相互作用。螺旋组件由范德瓦尔斯相互作用通过粒子旋转和构象匹配驱动。此外，异二聚体簇的载流子寿命大约是同二聚体簇的65倍。作者提出了增加超晶体结构设计和精密工程复杂性的新方法。相关研究工作以“Double-helical assembly of heterodimeric nanoclusters into supercrystals”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

这里简单介绍一下金教授，金荣超（Rongchao Jin），生于1971年，教授，材料科学家，浙江人。1990年从浙江嵊县中学考入中国科学技术大学化学物理系，1995年获得学士学位。1998年于中科院大连化物所获得硕士学位。随后赴美攻读博士学位，师从西北大学Chad Mirkin教授，并于2003年获得博士学位。2003年至2006年在芝加哥大学詹姆斯-弗兰克研究所从事博士后研究工。2006年至今在卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University) 化学系任教，2012年升任终身副教授。金荣超教授在新型纳米材料的合成与应用方面做出了杰出的成就，并在这些领域产生了少有的巨大的国际影响力。近年来，金荣超教授已发表论文近200篇，其中多篇论文发表在Science、Nature等顶尖期刊上，据统计，他已在Science和Nature上发表6篇论文，膜拜大神！

图1 Au₂₉(SAdm)₁₉和Au₃₀(SAdm)₁₈纳米团簇的表征

图2 Au₂₉(SAdm)₁₉纳米团簇在超晶体中的双螺旋组装

作者报道了同二聚体Au₃₀(SAdm)₁₈ ，其中SAdm是表示金刚烷硫醇盐，和异二聚体Au₂₉(SAdm)₁₉金纳米团簇的合成及其自组装成超结构。这两个纳米团簇显示出明显不同的组装行为，有趣的是，Au₂₉(SAdm)₁₉的一半结构与Au₃₀(SAdm)₁₈ 的结构相同，而另一半与Au₂₈(S-c-C6H11)₂₀相同。因此，可以认为Au₂₉(SAdm)₁₉是继承自两个母纳米团簇(Au₃₀和Au₂₈，图1a)的异二聚体纳米团簇，并且与迄今为止报道的其他纳米团簇相比是独特的。除了它的几何结构关系，Au₂₉(SAdm)₁₉在电子结构上也是异二聚体。

图3 Au₂₉(SAdm)₁₉纳米团簇在超晶体中的四重螺旋组装

图4 Au₂₉(SAdm)₁₉和Au₃₀(SAdm)₁₈纳米团簇的瞬态吸收数据和载流子动力学比较

在这种原子级精确组装中揭示的信息有助于从根本上理解蛋白质折叠和漏斗化，以及传统纳米粒子和超分子的组装。作者推断，各向异性结构(或相互作用)可以在传统的纳米粒子表面产生，导致特定的组装。设计具有异质结构和成对各向异性相互作用的纳米粒子可以导致具有高度可编程性的双螺旋的组装。

这项研究结果表明，通过异二聚金纳米团簇的自组装可以获得双螺旋甚至四螺旋结构。固有的异二聚体结构——从两个亲本纳米簇继承而来的四个表面基序——负责特定的组装，这是由相邻纳米簇对映体之间形成的基序对产生的。螺旋组件中的精确结构匹配强调了使用原子级精确金属纳米团簇的优势。不对称(或各向异性)纳米结构伴随着粒子表面不同方向的不同相互作用，为组装时有效定制协作性能提供了机会。

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