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本文系统研究了DNA三臂星（3PS）单体在二维表面的种子诱导晶体生长机制。通过引入定制化DNA瓦片作为成核种子，成功将随机生长转化为可控组装，显著提升表面覆盖度（提高3倍）并改善晶体均一性。研究揭示了种子浓度与单体浓度的平衡关系（最佳条件：0.1 nM种子+6 nM 3PS），并创新性地通过刚性种子设计克服了界面柔性对网络形成的挑战。该工作为DNA纳米技术指导有序材料组装提供了新范式。
引言：成核与晶体生长是从无序系统形成有序结构的基础过程。自发成核因其随机性难以控制，而种子技术通过引入预成型核芯为调控组装过程提供了新策略。自然界中网格蛋白（clathrin）通过特异性锚定点调控囊泡形成的机制，为人工种子设计提供了生物灵感。DNA纳米技术凭借其可编程性和精确的碱基配对特性，成为研究二维三聚体大分子组装的理想模型系统。
结果与讨论
平衡种子浓度优化成核均一性
研究团队设计了具有三重旋转对称性的DNA瓦片种子，由四个互连的3PS单元构成。在10 mM MgCl2和100 mM NaCl条件下，原子力显微镜（AFM）表征显示，未加种子的3PS组装体呈现显著不均匀的表面分布，覆盖度差异极大。引入种子后，表面覆盖度提升三倍，晶体均一性明显改善。自由能分析表明，种子通过提供部分形成的多边形基序，有效降低了成核能垒，使系统提前进入有利的生长相。
通过浓度梯度实验发现，种子浓度存在最佳平衡点：0.05 nM种子浓度过低无法有效影响成核，0.2 nM过高则导致过度成核和单体竞争，而0.1 nM种子与6 nM 3PS组合可实现最高覆盖度和最低多分散性（PDI）。对4.5×4.5 μm区域的统计分析显示，种子使表面覆盖度的变异系数（CV）显著降低，证明其促进空间均匀成核的能力。
种子均化生长机制与单体浓度效应
在不同3PS浓度（4.9 nM、6.4 nM、7.9 nM）下，0.1 nM种子均能显著提高表面覆盖度并降低空间不均匀性。然而多分散性对种子-单体平衡敏感：低浓度下（4.5 nM 3PS），种子诱导产生大量小尺寸岛屿，反映单体供给不足对生长的限制。时间维度上，成核障碍的增大导致不同核芯进入生长相的时间差增大，加剧了多分散性。这一现象在0.2 nM种子与5.6 nM 3PS组合中同样出现，印证了种子与单体浓度协调的重要性。
刚性种子补偿界面柔性
针对柔性3PS单体界面不稳定的问题，研究团队设计了专用于长链3PS的刚性种子。柔性界面导致成核事件稀少，AFM图像显示某些区域覆盖度超过70%，而相邻区域几乎无组装体。特殊设计的种子通过刚性界面约束自由度，使表面覆盖变异系数从0.66降至0.40，岛屿多分散性从1.37改善至1.28。该策略成功证明了种子设计可补偿分子特征缺陷，为柔性大分子可控组装提供了新思路。
结论
本研究通过DNA瓦片种子实现了二维晶体生长的精准编程。种子不仅降低成核能垒，还能通过界面刚性设计克服分子柔性带来的组装挑战。研究建立的浓度平衡原则和种子设计策略，可推广至蛋白质、肽组装体及合成大分子系统，为可控纳米材料制备提供了普适性框架。DNA纳米技术的可编程性为理解成核基础机制和工程化有序材料开辟了新途径。
方法学创新包括优化的图像处理流程：通过四阶多项式曲面拟合去除背景，结合Otsu阈值化和Voronoi-Otsu标记进行岛屿识别，并建立31000 nm2的面积阈值确保分析准确性。这些方法为纳米尺度组装定量研究建立了可靠标准。
