《Nanoscale Advances》：Tuneable structural and environmental factors for stability of rosette nanotubes
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Rosette纳米管（RNTs）是在生理条件下由一种自互补DNA碱基杂合分子自组装而成的生物相容性管状结构，该分子具有鸟嘌呤和胞嘧啶的氢键排列（G∧C基序）。这些结构的形成是一个层次化过程，涉及氢键（H-bonding）和π–π堆积（π–π stacking）
Rosette纳米管（RNTs）是在生理条件下由一种自互补DNA碱基杂合分子自组装而成的生物相容性管状结构，该分子具有鸟嘌呤和胞嘧啶的氢键排列（G∧C基序）。这些结构的形成是一个层次化过程，涉及氢键（H-bonding）和π–π堆积（π–π stacking）相互作用。虽然具有单个、双或四G∧C碱基的基序都能形成RNTs，但双RNTs（twin RNTs）由于来自分子间氢键相互作用的高稳定性、更大的预组织性和两亲性以及易于化学修饰而更具多功能性。这些双RNTs在外表面功能化时经历较低的电荷密度和空间排斥。为了充分利用这些具有内在稳定性、适用于生物医学和其他材料应用的有机材料，有必要探索可以优化自组装过程和由此产生的RNT稳定性的因素。这里研究人员描述了用于产生自组装纳米管的几个单和双G∧C模块的合成和表征，并研究了关键的环境和结构因素，包括溶剂、反离子（counterions）、外RNT功能化、G∧C核心结构和电荷对自组装过程的影响。
自组装纳米结构的稳定性优化是生物医学材料应用的关键。Rosette纳米管（RNTs）由自互补DNA碱基杂合分子（G∧C基序）通过层次化氢键（H-bonding）和π–π堆积（π–π stacking）自组装形成，具有生物相容性。然而，单G∧C基序形成的RNTs稳定性有限，而双G∧C基序（twin G∧C motif）因预组织性、两亲性和低电荷密度更具应用潜力。为充分开发其在组织工程和递送系统中的潜力，需要系统研究环境因素（溶剂、反离子）和结构因素（功能基团、核心结构、电荷）如何调控自组装过程及RNT稳定性。研究团队合成了13种双G∧C模块和5种单G∧C模块，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、圆二色光谱（CD）、紫外-可见光谱（UV-vis）和动态光散射（DLS）等手段，揭示了溶剂极性、反离子种类、功能基团疏水性/电荷密度、核心结构修饰及净电荷对RNT长度、分散性和稳定性的影响。该研究发表于《Nanoscale Advances》，为设计可编程超分子纳米材料提供了关键指导。
研究人员采用的关键技术方法包括：**模块合成**（通过还原胺化反应制备单/双G∧C模块，经三氟乙酸（TFA）或盐酸（HCl）脱保护得到TFA盐或HCl盐）；**自组装调控**（在不同溶剂体系如水、甲醇（MeOH）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMA）、二甲基亚砜（DMSO）中控制pH、反离子和老化时间）；**形貌与结构表征**（SEM、TEM、AFM测量RNT长度和直径，DLS监测生长动力学，CD评估超分子手性，UV-vis跟踪π–π堆积和嵌入行为）。所有模块均为合成产物，无外部样本队列来源。
### Solvent and counterions
通过SEM、DLS和UV-vis研究模型化合物4T（丁基铵修饰的双G∧C模块，TFA盐）在不同比例MeOH-水混合溶剂中的自组装，发现MeOH比例越高，RNT长度和数量越多（0%至99% MeOH中，长管比例从约10%增至80%），归因于MeOH对G∧C供体/受体位点的弱溶剂化增强了H键稳定性。DLS显示自组装具有自催化特性（种子模板促进生长）。将4T（HCl盐）在99.8% HPLC级MeOH中加入干燥分子筛去除微量水后，RNT从长而分散的管变为厚束，表明微量水对分散性至关重要，水提供初始溶剂化层并减少离子对聚集。通过对比4T、9T、10T和11T在MeOH中以TFA盐或Cl?盐（HCl盐）的自组装，SEM显示Cl?盐形成更长的RNT，因为Cl?具有更高的溶剂化自由能，增强了缔合自由能；而在水中，反离子效应可忽略。
### Functional groups
通过SEM比较具有相同4原子烷基链但末端基团不同的双RNT（4T: NH??带电；6T: OH极性；8T: Me中性），发现疏水性8T中超过53%的RNT长度大于300 nm，而带电4T和极性6T分别只有37%和16%，说明疏水效应促进长管形成。进一步比较7T（戊基）和8T（甲基），更长烷基链导致更丰富和更长的RNT。从2T到5T（依次增加一个亚甲基），在MeOH中长度小于200 nm的RNT比例从22%增至93%，归因于侧链增长带来的空间稳定性和电荷分离。二甲基化模块12T（pH无关的+1电荷）形成与单甲基7T相似的RNT长度，表明中性甲基直径（<4.0 ?）不干扰π–π堆积。吖啶修饰的13T在MeOH和水中均形成长且分散的RNT，TEM测量外径5.2 nm（理论5.1 nm），且UV-vis显示345-400 nm区域无减色效应，排除吖啶单元自身嵌入RNT的π–π堆积，但束状形成后可能的间RNT嵌入未被排除。
### Modifications to the core structure
合成4T衍生物（环外氮上分别为H: 4T-H、甲基: 4T、乙基: 4T-E、混合: 4T-M），在MeOH中自组装后，AFM和TEM显示4T-E长度最短（234±92 nm），其他三种达微米级，说明大于甲基的取代基（如乙基）因空间位阻破坏π–π堆积，从而降低稳定性。AFM测量直径（2.9-3.0 nm）略低于TEM（3.5-3.6 nm），归因于软材料在AFM尖端下的压缩。
### Self-assembly for single G∧C systems
比较单G∧C模块1S、4S、6S、8S、11S在不同溶剂中的自组装（表2）。在水（pH 4）中，仅8S（净电荷+1）自组装形成RNT，其他因高电荷排斥（+2或+3）或亲水性（6S的OH阻碍疏水驱动）不组装。在pH 11下，6S的氮去质子化后形成RNT，凸显净电荷关键作用。在MeOH中，6S（+1）和8S（+1）形成RNT，因MeOH中Cl?形成更紧密离子对，降低电荷密度；而高电荷1S和11S不组装。在HBA溶剂（DMF、DMA）中，低电荷模块（4S、6S、8S）自组装成功，因低介电常数和高离子对形成降低静电排斥；DMSO（高偶极矩）则无组装，可能干扰H键。TROESY 2D NMR排除了分子内H键抑制组装的假设。
总结讨论部分：研究结果揭示了双RNT的自组装与稳定性由溶剂环境和分子结构之间微妙且高度可调的平衡所决定。溶剂选择影响G∧C基序的溶剂化和反离子行为，疏水效应和静电作用可被利用以促进更长、更稳定的纳米管，而核心修饰中大基团的空间位阻会削弱稳定性。结论部分翻译如下：
双RNT的自组装与稳定性由溶剂环境和分子结构之间微妙且高度可调（tuneable）的平衡所决定。溶剂选择成为决定性因素，影响G∧C基序的溶剂化及相关反离子的行为。在甲醇中，供体/受体位点的弱溶剂化增强了六聚体花结内的氢键，从而提高结构完整性；而氯离子等反离子凭借其有利的溶剂化自由能进一步稳定纳米管组装体。双G∧C基序的设计和内在结构特征是超分子稳定性的主要决定因素，凸显了分子架构对RNT行为的关键影响。在极性溶剂中，疏水和静电效应可被利用以促进更长、更稳定的纳米管形成。然而，大体积加合物的空间干扰或核心修饰中甲胺被乙胺取代会破坏π–π堆积并削弱整体稳定性。总体而言，这些发现突显了一个强大的设计原理：通过战略性地调整分子结构和溶剂环境，可以实现对RNT稳定性和形态的精细控制。这一见解不仅加深了对超分子组装的理解，也为工程化具有可编程性质的纳米功能材料开辟了新途径。
