除了粘性末端，這些DNA納米結構的連接方式也值得借鑒！

自DNA納米技術發現以來，該領域經過了長久的發展。科學家們開發出了多種DNA納米結構單元，包括DX，TX，PX及DNA origami等。為了進一步得到更為復雜，應用更加廣泛的結構，需要多個結構單元的組合。因此，結構單元之間的連接方式對整體結構的穩定性至關重要。Seeman教授曾在1982年提出結構DNA納米技術時就指出，多個結構單元可以通過粘性末端連接成大的組裝體，截至目前，粘性末端連接的方式仍被廣泛使用。除此之外，通過交叉結構連接^1-3,9、化學分子連接⁴、金屬納米顆粒¹⁰、DNA linker^8,11以及特殊的幾何結構^5-7也可以實現多個結構單元的組合。下面就讓我們具體來看一下這些連接方式吧！

1998年，Seeman教授課題組嘗試將一種三角形的DNA結構連接起來，他們采用的方法是在三角形的側面加上一段DX結構，從而將多個三角形排列成更大的結構。這種以DX連接的方法相比于之前的通過DNA雙螺旋連接的方式，結構的穩定性有所提高，但是仍然不夠，產物依然會出現環化、團聚等副產物。

小結：該研究提供了一種利用DX連接多個結構單元的方法，雖然對于文中的三角形結構而言，其穩定性依然有待提高，但對于后續研究中其他結構的組裝仍然具有參考意義。

2002年，Seeman團隊再次開發出了一種新的連接方式——PX。相對于之前的DX連接，他們做了一部分改進。他們在三角形DNA結構單元的DX邊緣一端延伸出一段未形成交叉的DNA，它可以同另一個三角形結構延伸出來的DNA組裝形成PX交叉結構，從而將兩個三角形連接起來。因此，這種方法用中間的一段PX結構取代了之前DX連接方式中的一部分DX片段。實現了PX連接的多個三角形的組裝。

小結：這種方法以PX替換DX，這種互相連接的DNA雙螺旋結構提供了一種新的、簡單的DNA納米結構單元的連接工具。

2004年，Seeman團隊為了解決之前DX連接三角形DNA結構單元時出現的結構不穩定、產物不均一的問題。他們設計了一種新的完全由DX構成的三角形結構，然后通過DX連接，首次實現了類似六方晶形二維結構的組裝。

小結：通過改變結構單元的DNA交叉組成，證實了DX也是一種有效的DNA納米結構連接工具。

2005年，Seeman團隊開發了一種四臂十字形DNA連接子，他們設計了一種DNA-卟啉連接子，該分子的四個分支上都連接有十個核苷酸的寡核苷酸鏈。在被連接的Tile結構上同伸出一條互補的標簽鏈，那么通過堿基互補就可以依靠DNA-卟啉連接分子將多個Tile結構連接起來。該團隊通過這種方法組裝出了DNA納米管結構。

小結：這是一種新的將核酸與化學分子結合實現DNA結構單元連接的方法，將有望用于其他納米結構的組裝當中。

2010年，自2006年DNA折紙術發現之后，DNA納米技術得到空前的發展。通常，將DNA origami tile連接成較大的結構的方法是利用粘性末端形成DNA雙螺旋。但這種方法效率較低，連接多個Tile時往往需要設計較多的粘性末端且退火程序較為復雜。Masayuki Endo等人開發了一種不使用粘性末端的方法，他們設計了一種拼圖狀結構的DNA origami Tile，利用其特殊的幾何結構則可將多個Tile連接起來。

小結：該方法巧妙利用Tile的幾何結構，成功避免了使用較多的粘性末端，不過此文中的Tile結構只能形成一維長條狀的組裝體。

2011年，Hiroshi Sugiyama團隊在之前的工作上加以改進，設計了一種新的DNA origami Tile，同樣利用拼圖的方法，將九個不同的DNA origami Tile組裝出了一個較大面積的二維DNA納米圖形。

小結：該方法在改進之后，增加了拼圖連接方式的應用范圍，為DNA origami tile連接提供了一種可行的方法。

2011年，Hiroshi Sugiyama團隊還將拼圖結構重新設計，開發了一種四臂連接子，在上下左右四個方向上都可以連接Tile結構。

小結：這種連接子的設計，成功實現了四個方位的DNA Origami Tile結構的組裝，并且進一步拓展了拼圖方法連接的DNA納米結構的復雜度。

2011年，顏顥課題組也在DNA origami Tile的連接上有了成果，他們采用的方法是：先形成一個DNA折紙框架，然后將相應的DNA origami Tile結構填充到框架中，從而將多個Tile連接起來，形成較大的、更為復雜的結構。

小結: 這種方法通過預先設計的框架確定了DNA origami Tile的位置及最終產物結構，不僅使得產物尺寸及形狀可控，還避免了使用粘性末端的連接方式。

2015年，Seeman教授團隊為了將由DX構成的Tile結構連接起來，在Tile結構上伸出一段不完全配對的DNA雙螺旋尾，這一尾端可與另一個Tile結構的尾端配對形成PX結構，從而將兩個DX tile結構拉近。然后，他們使用了一種酶Topo I，在這種酶的作用下，相鄰的Loop被連接起來，從而實現了兩個DX的結合。以這種方法組裝出的一維DX排列穩定性很好，即使在變性的環境下，也能保持形狀完好地存在一段時間。

小結：這種結合PX及Topo酶的方式得到的結構更加穩定，對于DNA納米結構的應用研究更加有利。另外，這種新穎的DNA tile的連接方法也可以推廣到更加復雜的二維甚至三維DNA納米結構的組裝中。

2015年，樊春海教授課題組獨辟蹊徑。他們在DNA折紙(DNA Origami) 結構上設計一些DNA標簽，這些標簽可以同特定的DNA鏈互補，他們將互補鏈修飾在金納米顆粒上，這樣，將修飾過的金納米顆粒同DNA Origami退火后就可以實現多個DNA Origami Tile 通過金納米顆粒結合到一起。文中，他們依靠這種方法實現了多種組合的DNA納米結構的組裝，并且他們發現隨著DNA Origami Tile結構同金納米顆粒的比例變化，產物結構中DNA Origami Tile的個數也隨之變化。

小結：這種利用金屬納米顆粒介導DNA Tile結構組裝的方法，不同于以往使用DNA雙螺旋、DNA交叉等連接方式，這種金屬納米顆粒同DNA 的結合使得組裝產物在納米光電子學、生物傳感、能量收集等領域存在潛在的應用。另外，這也為DNA origami 組裝成較大的圖形結構提供了一種通用的方法。

2016年，Shalom J. Wind團隊將兩個DNA origami Tile上下并排排列，然后依靠一種貫穿上下了兩個Tile結構的垂直Linker DNA將兩個Tile連接了起來。他們不僅成功將兩個長方形結構的Tile連接了起來，還探索出組裝產物的產率在Mg2+濃度高時更高。
小結：這一方法為更為復雜的DNA origami Tile結構的組裝提供了一種除了粘性末端之外的可選的連接工具。

參考文獻

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