寡核苷酸和疏水性的分子结合形成的两亲性DNA在构筑各种纳米结构方面有着广阔的前景。多价效应（multivalency effects）带来的分子识别性能非常值得研究。在水中，两亲性DNA往往会自组装成具有机核心和DNA电晕的纳米结构。这些纳米组装体的分子识别性能（高结合常数、尖锐的熔融转变、抗酶解性以及**细胞摄取）在基因检测和基因**等生命医学领域有着重要的应用前景。

  两亲性分子的自组装结构通常可以通过改变亲疏水部分的体积占比来控制。然而，由于DNA的磷酸盐骨架结构具有非常强的亲水性，两亲性DNA往往只会简单地组装成球状胶束，不容易像两亲性多肽那样组装成多种多样的纳米结构，比如具有周期性螺旋的圆柱纳米纤维、具有层次组装结构的纳米管和纳米螺旋等。

图1. 两亲性多肽（PA）的分子结构及其在水中的多种自组装纳米形貌。

设计合成了同时含有多肽和DNA的双生物活性嵌段共聚物DNA-b-poly (amino acid)，实现了对两亲性生物大分子系统性和程序式的形貌控制，得到了具有多种自组装形貌和分子识别性能的组装体。

图2. DNA-b-poly (amino acid)的合成过程

多肽链段poly (amino acid)的合成采用了可逆加成断裂链转移（Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer，RAFT）可控聚合，并结合了**的固相多肽合成（Solid-phase peptide synthesis，SPPS）。为了平衡强亲水性的DNA链段，使用了具有强疏水侧链的苯丙氨酸（Phe或F）作为多肽链段的单体。DNA链段和多肽链段经过一步脱水缩合就得到了双分子嵌段共聚物DNA-b-poly (amino acid)。合成了三种分子量和重复单元稍有不同的共聚物，其中多肽链段的分子量范围是2800 g/mol-5700 g/mol，DNA链段含有21个碱基对。

苯丙氨酸聚合物通常会组装成二维片层结构，不是纤维结构；如上所述，DNA组装体通常只会形成简单的球状胶束。然而有趣的是，发现两者的结合产物DNA-b-poly (amino acid)在水（含10% HFIP）中形成了完全不同的结构：一维纳米纤维！所使用的溶液浓度极稀，只有1 μM；其中一种DNA-b-poly (amino acid)的临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）只有140 nM 。利用了透射电子显微镜（TEM）对纳米纤维结构进行了表征。

图3. DNA-b-poly (amino acid)在HFIP和水混合溶剂中自组装形成的一维纳米纤维结构。标尺：500 nm

由于溶剂对非共价作用影响很大，将混合溶液中10%的HFIP换成了另外四种有机溶剂（DMF、ACN、MeOH、2-propanol）重复了自组装实验，发现DNA-b-poly (amino acid)在这四种极性有机溶剂和水的混合溶剂中都组装成了二维纳米结构，而不再是一维的纳米纤维。随着溶剂极性的增加，共聚物的组装结构从纳米纤维（HFIP）先变为窄纳米条带（2-propanol）后变为宽纳米片层（DMF、ACN、MeOH）。这次，不仅利用了TEM还利用了荧光显微镜对标记了的共聚物形貌进行了表征。此外，还对可能的作用机制进行了推测。

图4. DNA-b-poly (amino acid)在四种极性有机溶剂和水的混合溶剂中自组装形成的二维纳米条带/片层结构

两亲性大分子在以水为主的溶剂中自组装时，一定会把疏水片段包裹在核心而将亲水性片段暴露在外表，共聚物DNA-b-poly (amino acid)也应该不例外。尽管多肽链段和DNA链段在组装体中的分布一般不会与上述基本规律相违背，没有直观的表征就说DNA是一定暴露在组装体外表未免有些不够严谨。因此，将与共聚物中DNA互补片段修饰的金纳米颗粒与共聚物混合共组装，通过TEM观察发现得到了表面布满金纳米颗粒的DNA纳米纤维，直观地证明了DNA-b-poly (amino acid) 组装结构中DNA链段和多肽链段的分布。

图5. 金纳米颗粒DNA杂化共组装

如果说双生物活性共聚物DNA-b-poly (amino acid)是一个双面手，而与金纳米颗粒杂化显迹是DNA这一面的特性，那么多肽这一面的特性该如何通过共聚物的自组装结构更好地体现呢？在DNA-b-poly (amino acid)中分别加入了胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）和嗜热菌素（thermolysin）两种蛋白酶水解切割共聚物中多肽链段侧链的端甲氧基或端苯丙氨酸基团，并通过TEM比较研究，发现同一共聚物序列在同一溶剂中的自组装结构会由纳米纤维转变成纳米片层结构，实现了对DNA组装体结构的程序式控制。

图6. 蛋白酶作用下DNA-b-poly (amino acid)组装体纳米结构的转变