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上海高研院在光控DNA微纳制造方面取得进展

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新材料科讯 2021-07-16 15:59

近日,中国科学院上海高等研究院王丽华研究员带领的团队在光控DNA微纳制造方面取得重要进展,该成果以“Remote Photothermal Control of DNA Origami Assembly in Cellular Environments”为题发表在Nano Letters

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DNA折纸(DNA origami)结构是由一条数千碱基长的噬菌体DNA在上百条短单链DNA辅助下折叠形成的纳米结构,具有可程序化定制的形貌以及近原子级的结构精度,近年来在仿生纳米机器人、生物智能诊疗等领域展现出巨大的应用潜力。因此,在生理环境下原位合成DNA折纸结构成为一个迫切的需求。然而,DNA折纸合成需要打开DNA分子预先形成的错误结构,才能保证正确的DNA折叠过程。传统DNA折纸合成技术往往依赖全局的、接触式的加热-退火的方式来完成这一过程,因此难以实现远程可控的生理环境原位合成。

图1:红外光热效应远程、时空控制的DNA Origami的合成。(a)合成的示意图。(b)CuS NPs的透射电镜图。(c)硫化铜的紫外-可见光-红外吸收曲线。(d)各种合成产物的原子力显微镜图。

在此背景下,研究团队受近红外光热治疗的启发,利用硫化铜纳米粒子作为光热转换材料,用近红外光(NIR)照射在合成溶液中产生光热效应,以打开DNA分子的二级结构,促使其在自然冷却下形成正确的折纸结构(图1)。该方法的优势在于:DNA折纸合成速度快,整个过程仅需8分钟即可达到大于80%的产率,而传统的合成方法往往需要数小时。更重要的是,该方法可在活细胞培养环境中实现具有时空可控性的DNA折纸原位合成(图2)

图2:细胞环境中DNA折纸的远程、可控的原位合成。

由于近红外光热系统具有深层组织穿透能力,且已广泛应用于生物系统,本工作有望实现光控的DNA纳米装置活体内原位组装与重构,使其在体内的时空分布和功能得到响应性调控,因此具有应用于生物计算和活体智能诊疗的前景。

该工作得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金等项目资助。

来源:上海高等研究院

文章链接:

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01821

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