近日，我校生物医学工程学院青年教师宋永波以共同第一作者的身份，在国际顶级期刊《自然(Nature)》(IF: 42.778)发表了题为《具有异质二聚结构的纳米团簇在超晶格中双螺旋组装 (Double-helical assembly of heterodimeric nanoclusters into supercrystals)》的研究论文。该研究成果实现了原子精确纳米团簇的螺旋组装，并在原子水平上解析了其形成机理。
共同第一作者为美国卡内基梅隆大学化学系李颖薇博士、美国迈阿密大学物理系周蒙博士和我校宋永波博士，通讯作者为美国卡内基梅隆大学化学系金荣超教授。这也是我校教师首次以共同第一作者身份在该杂志发表论文。
长久以来，利用脱氧核糖核酸的特殊性质，无机纳米颗粒可以对其表面修饰的方式构建出各种螺旋组装。然而，当没有这类生物配体存在时，螺旋结构往往难以实现，更无法解释其形成机理。鉴于此，该论文研究者们通过对纳米团簇结构进行精确控制，得到了异质二聚结构的Au29团簇。结构解析显示，该团簇分别继承了Au30和Au28团簇一半的几何和电子结构。此外，研究人员还发现Au29团簇在晶胞中展现出双螺旋或四螺旋的组装模式，并从原子水平深入解析了其形成机理。
“在双螺旋结构中，我们观察到Au29的两个手性对映体，且每个对映体上都有四个不同的表面基序结构，两个继承自Au28，另两个继承自Au30。在自组装中，任意Au29纳米团簇的C1基序总是与相邻对映体上的C3基序形成结构匹配，而L1基序总是与L3基序形成结构匹配。这就好比脱氧核糖核酸双螺旋中的两条链以及四个相配对的碱基（A与T，C与G），当纳米颗粒相互靠近形成有序的超晶格时，各向异性的相互作用力使得Au29旋转至每个纳米团簇都能与相邻团簇达到一种结构匹配上的平衡，从而最终形成双（四）螺旋的自组装结构。”宋永波在介绍研究成果时表示，在无机纳米颗粒的组装中直接观察到这种生物特征是非常神奇的，这为在原子水平上揭示有机体与无机体之间的共性提供了桥梁和探索途径。
原子精确的纳米团簇可以用来阐明常规纳米颗粒至今无法阐述的问题，让大家清楚地“看见”纳米颗粒表面究竟有什么，纳米颗粒之间的相互作用究竟如何发生，以及探索纳米颗粒的组装原理及功能调控。未来研究中，原子精确的纳米团簇将会在自组装及材料的结构-功能基础研究中发挥更大的作用。（生物医学工程学院）