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    我国学者在框架核酸诱导精确矿化结构方面取得重要进展

    日期 2018-07-24   来源:化学科学部   作者:王春霞 庄乾坤 陈拥军  【 】   【打印】   【关闭

    图. 以框架核酸为模板的DNA-二氧化硅多级纳米孔。(a)框架核酸诱导的团簇预水解策略示意图。(b)198碱基对三维框架核酸与预水解团簇反应的糙粒化分子动力学模型截面图。(c)一种仿硅藻外壳单元的结构设计图(d)和(e),反应前框架核酸结构及反应后DNA-二氧化硅结构的溶液相原子力显微镜图。 (f)反应后DNA-二氧化硅结构的分组平均化透射电子显微镜图。

      在国家自然科学基金重大项目(项目编号:21390414)和海外学者合作研究基金(项目编号:21329501)等资助下,中国科学院上海应用物理研究所樊春海研究员团队与亚利桑那州立大学颜颢教授团队合作,提出了一种框架核酸诱导的团簇预水解策略,将经典Stöber硅化学引入DNA结构体系,成功实现了精确可控的DNA-二氧化硅固态纳米结构的制备。该研究工作以Complex Silica Composite Nanomaterials Templated with DNA Origami(基于DNA折纸术模板的负责二氧化硅纳米结构)为题,于2018年7月16日在Nature(《自然》)上在线发表。樊春海研究员和颜颢教授为共同通讯作者,樊春海课题组的刘小果博士和博士研究生靖薪薪以及颜颢课题组的张菲博士为共同第一作者,该工作还得到了复旦大学赵东元院士在二氧化硅方面的合作指导。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-018 -0332-7#article-info。

      以蛋白质离子通道为代表的生物孔道结构在生物体内的传质、换能和信号传导过程中发挥着关键性作用。经典的蛋白质纳米孔结构精确,但其可控性和稳定性限制了它的广泛应用;通过电子束刻蚀固态纳米孔道则存在着成本高、重复性差、通量低等问题。采用自组装DNA纳米结构来合成纳米孔道则具有可编程设计、成本低廉、通量高等优点。然而,DNA孔道结构的刚性和稳定性又成为其广泛应用的障碍。因此,如何在维持DNA结构精确性的前提下提升其强度已成为DNA纳米技术领域的一个巨大挑战。樊春海团队近年来在发展精确自组装的框架核酸并应用于生物分子界面调控, 发展高灵敏生物传感检测和活细胞分析等方面取得了系列进展。

      将框架核酸作为模板诱导团簇预水解,可以在纳米尺度上忠实地将DNA序列编码的自组装结构复制成具有刚性结构的精确二氧化硅构型,并且可以由二维平面结构拓展至三维框架、三维曲面结构、简单几何结构以至复杂有序结构。这一新策略一方面突破了传统硅化学合成在材料结构尺度上的限制,实现了纳米尺度的精确二氧化硅结构的制备;另一方面还能显著提高这种框架核酸的力学强度,使基于DNA的固态纳米孔在保持精确结构的同时还具备了更好的力学性能。这种框架核酸诱导的纳米孔道结构不仅精确、可控、稳定,而且价廉能大批量制造,为研究纳米孔道中的新奇物理、化学性质和分析应用提供了全新的工具。




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