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国家纳米科学中心在构建高阶DNA折纸结构方面取得新进展

编译者:冯瑞华发布时间:May 21, 2024点击量:5938 来源栏目:成员单位动态

国家纳米科学中心丁宝全研究员与亚利桑那州立大学颜颢教授团队合作,在构建支链核酸用于引导DNA折纸结构进行精确共组装方面取得重要进展。研究成果以Chemically Conjugated Branched Staples for Super-DNA Origami为题,发表在J. Am. Chem. Soc.杂志上(DOI: 10.1021/jacs.3c13331)。

DNA折纸作为一类具有代表性的核酸纳米结构,在构建精细的纳米器件和智能的药物递送系统等方面发挥了重要作用。DNA折纸结构通常由一条长的脚手架链和上百条短的订书钉链退火共组装而成。然而,由于常用的脚手架链的核酸序列长度有限,DNA折纸结构的尺寸被严重限制。丁宝全研究员团队在前期研究中发现,经共价偶联所制备的支链核酸结构具有非常高的热稳定性,有望作为构建高阶DNA折纸结构的连接枢纽(CCS Chem. 2023, 5, 2125; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 19893; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 1853; J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 19032)。

图. 利用共价偶联的支状订书钉链组装高阶DNA折纸结构

在前期研究的基础上,该团队提出通过构建支状订书钉链来组装高阶DNA折纸结构的概念。首先,将线型订书钉链共价偶联成支状订书钉链,并将其直接引入到DNA折纸结构组装体系中,相对于传统的两步组装体系(产率<10%),可一步制备得到尺寸可控且产率高达80%以上的高阶DNA折纸结构。随后,通过设计具有不同订书钉序列的杂合型支状订书钉链,经多级次组装,可获得形貌各异的杂合型高阶DNA折纸结构。最后,在支状订书钉链的桥联作用下,可高效得到微米尺度的含有100个DNA折纸结构单元的10×10高阶DNA折纸阵列。该类尺寸形状可控的高阶DNA折纸阵列仍然具有非常好的纳米级位点可寻址性,可作为高清模板呈现出预先设计的纳米图案。该研究利用共价偶联的支链核酸结构为连接枢纽,充分展示了核酸结构的精确共组装能力,实现了对各类高阶DNA折纸结构的高效制备,为大尺寸核酸纳米结构的构建和功能化提供了新的研究策略。

国家纳米科学中心与郑州大学联合培养的硕士毕业生王宇昂、国家纳米科学中心特别研究助理王洪和国家纳米科学中心与吉林大学联合培养的博士毕业生李燕为本文的共同第一作者。国家纳米科学中心丁宝全研究员、刘建兵副研究员和亚利桑那州立大学颜颢教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技新星计划和中国科学院青年创新促进会等项目的支持。

    论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13331

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