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DNA納米折紙術(shù)已被應(yīng)用于光學(xué)材料的諸多領(lǐng)域  圖片來源：科界App 需要通過光學(xué)顯微鏡才能查看的DNA鏈，科學(xué)家竟然也能像折紙一樣，把它們有目的地折疊成各種納米結(jié)構(gòu)，這也被稱為DNA納米折紙術(shù)。作為一種精確高效的DNA自組裝方法，DNA納米折紙術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣。中科院國家納米科學(xué)中心研究員丁寶全告訴記者，該技術(shù)目前已被應(yīng)用于光學(xué)材料的精確可控制備、藥物與基因靶向遞送等諸多領(lǐng)域。不久前，丁寶全課題組就首次利用DNA折紙結(jié)構(gòu)為載體高效且可控地完成了化療和基因治療的聯(lián)合給藥，該研究成果已在線發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志。 然而，由于制備成本高、穩(wěn)定性差等問題，想要通過折紙術(shù)搭建一座DNA“樂高”，并非易事。 高科技折紙術(shù) DNA之所以可以按需求被折疊、粘貼，還要歸功于它獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)：兩條平行、反向的單鏈之間按照精密的堿基互補原則相連接，A(腺嘌呤)與T(胸腺嘧啶)、G(鳥嘌呤)與C(胞嘧啶)，就像一把鑰匙配一把鎖，具有唯一性和高度特異性。這些堿基的化學(xué)組成使得設(shè)計好ATGC排序的兩條DNA單鏈，能在茫茫鏈海中找到彼此，緊緊結(jié)合，最終組成科學(xué)家想要的形狀。 “DNA納米折紙術(shù)是一種獨特的自下而上構(gòu)建DNA自組裝納米結(jié)構(gòu)的方法。”丁寶全告訴記者，該技術(shù)是以一條長單鏈DNA(通常是一條噬菌體的基因組DNA)為模板，在數(shù)百條短單鏈DNA(折疊鏈)的輔助下，通過核酸序列雜交形成預(yù)先設(shè)計的具有特定尺寸和形貌的二維或三維納米結(jié)構(gòu)。 在中科院上海應(yīng)用物理研究所研究員樊春海看來，DNA納米折紙術(shù)是分子自組裝技術(shù)的一個典型范例，代表了人類借助自然進化的力量(DNA分子)，實現(xiàn)了接近隨心所欲的納米尺度的3D打印。 那么，DNA折紙具體是如何實現(xiàn)的?據(jù)丁寶全介紹，要制備DNA納米折紙結(jié)構(gòu)，首先需要通過程序化軟件進行序列設(shè)計，然后將模板鏈和輔助折疊鏈以一定比例混合進行退火雜交，并將獲得的組裝結(jié)構(gòu)進行后續(xù)的功能化修飾和最終純化等操作。 在折疊DNA時，DNA短鏈就像一個個“圖釘”，“釘”在DNA長鏈構(gòu)成的支架上，這樣才能固定被折疊的長鏈，保證DNA長鏈組成的圖形不會散開。最后再將DNA長鏈和短鏈一起放入一種堿性溶液加熱，它們就會自動結(jié)合在一起，形成起初設(shè)計的圖案。丁寶全表示，DNA納米折紙術(shù)構(gòu)建的DNA納米材料完全由生物大分子DNA組成，具有良好的生物安全性。而且，由于每條DNA鏈都彼此不同，整個DNA折紙結(jié)構(gòu)是完全可尋址的，可在任意指定位點對結(jié)構(gòu)進行功能化修飾。不僅如此，通過具有特定結(jié)構(gòu)的DNA序列設(shè)計，也能實現(xiàn)對特定信號的響應(yīng)和檢測。 讓載體給藥更精準 目前，科學(xué)家已經(jīng)利用DNA納米折紙術(shù)創(chuàng)建了多種結(jié)構(gòu)，靜止結(jié)構(gòu)如二維和三維晶體結(jié)構(gòu)、毫微管、多面體和其他造型;功能結(jié)構(gòu)如納米機器、DNA計算機、藥物載體等。 |
