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祝賀我國學者在框架核酸誘導精確化結構取得重要進展

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. 以框架核酸為模板的DNA-二氧化硅多級納米孔。

(a)框架核酸誘導的團簇預水解策略示意圖。

(b)198堿基對三維框架核酸與預水解團簇反應的糙?;腫傭ρP徒孛嬙?。

(c)一種仿硅藻外殼單元的結構設計

(d)和(e),反應前框架核酸結構及反應后DNA-二氧化硅結構的溶液相原子力顯微鏡圖。

(f)反應后DNA-二氧化硅結構的分組平均化透射電子顯微鏡圖。

  在國家自然科學基金重大項目(項目編號:21390414)和海外學者合作研究基金(項目編號:21329501)等資助下,中國科學院上海應用物理研究所樊春海研究員團隊與亞利桑那州立大學顏顥教授團隊合作,提出了一種框架核酸誘導的團簇預水解策略,將經典Stöber硅化學引入DNA結構體系,成功實現了精確可控的DNA-二氧化硅固態納米結構的制備。該研究工作以Complex Silica Composite Nanomaterials Templated with DNA Origami(基于DNA折紙術模板的負責二氧化硅納米結構)為題,于2018年7月16日在Nature(《自然》)上在線發表。樊春海研究員和顏顥教授為共同通訊作者,樊春??翁庾櫚牧跣」┦亢筒┦墾芯可感叫揭約把鎮翁庾櫚惱歐撇┦課餐諞蛔髡?,該工作還得到了復旦大學趙東元院士在二氧化硅方面的合作指導。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-018 -0332-7#article-info。

  以蛋白質離子通道為代表的生物孔道結構在生物體內的傳質、換能和信號傳導過程中發揮著關鍵性作用。經典的蛋白質納米孔結構精確,但其可控性和穩定性限制了它的廣泛應用;通過電子束刻蝕固態納米孔道則存在著成本高、重復性差、通量低等問題。采用自組裝DNA納米結構來合成納米孔道則具有可編程設計、成本低廉、通量高等優點。然而,DNA孔道結構的剛性和穩定性又成為其廣泛應用的障礙。因此,如何在維持DNA結構精確性的前提下提升其強度已成為DNA納米技術領域的一個巨大挑戰。樊春海團隊近年來在發展精確自組裝的框架核酸并應用于生物分子界面調控, 發展高靈敏生物傳感檢測和活細胞分析等方面取得了系列進展。

將框架核酸作為模板誘導團簇預水解,可以在納米尺度上忠實地將DNA序列編碼的自組裝結構復制成具有剛性結構的精確二氧化硅構型,并且可以由二維平面結構拓展至三維框架、三維曲面結構、簡單幾何結構以至復雜有序結構。這一新策略一方面突破了傳統硅化學合成在材料結構尺度上的限制,實現了納米尺度的精確二氧化硅結構的制備;另一方面還能顯著提高這種框架核酸的力學強度,使基于DNA的固態納米孔在保持精確結構的同時還具備了更好的力學性能。這種框架核酸誘導的納米孔道結構不僅精確、可控、穩定,而且價廉能大批量制造,為研究納米孔道中的新奇物理、化學性質和分析應用提供了全新的工具。

本文轉載自://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info74102.htm

 


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