西南大學袁若&柴雅琴團隊JACS: 高度有序 無場的三維DNA 納米結構-下一代單步快速傳感DNA 納米機器

【前沿】

受到自然的啟發，各種各樣的DNA機器在各種應用中顯示出巨大的潛力，例如早期癌癥診斷、臨床治療以及生物檢測等。在DNA納米結構發展初期，大多數的器件是依賴于一維或二維DNA 納米結構來完成機械運動。最近，研究人員研發了一種附著在含金納米粒子(AuNPs)?外部的三維DNA 納米機器，這種機器能夠實現指定的機械性能操作。盡管三維DNA?納米機器的發展取得了顯著的進展，但是由于DNA?探針在金表面的吸附主要是依靠動態的Au-S鍵，這就限制了探針的局部負載濃度。這種依靠Au-S鍵固定DNA探針的方法其Au表面是錯亂無序的，會受到空間位阻效應的負面影響。此外,非金納米顆粒的引進可能會破壞DNA 生物活性，而且檢測步驟相對復雜。考慮到這些缺點，構建一種精確控制密度和方向的均勻三維DNA納米機器具有重要的意義。

【成果簡介】

近日，西南大學的袁若，柴雅琴團隊將偶氮苯插入DNA 納米鉗內，通過不同波長的光照射誘導DNA 納米鉗中的偶氮苯光異構化，從而實現三維DNA?納米鉗由“打開”狀態至“關閉”狀態的可逆轉變。該團隊利用制備的三維?DNA納米鉗用來構建無酶電化學發光(ECL) 傳感平臺，實現了單步快速，超靈敏檢測microRNA (miRNA)。這種策略不僅保留了DNA機器的納米結構，而且在可逆過程中，不產生的廢物分子，實現了DNA納米機的長期連續使用。相關成果以題為 “Highly Ordered and Field-Free 3D DNA Nanostructure: The Next?Generation of DNA Nanomachine for Rapid Single-Step Sensing” 發表在JACS 雜志中，論文的第一作者為張璞博士。

【圖文導讀】

圖一 (Part A) 三維DNA納米機器的制備 (Part B) 整合在DNA 納米鉗中的偶氮苯基團光控順反異構示意圖 (Part C) 基于三維DNA納米鉗的快速單步定量檢測miRNA 傳感系統。

?圖二 DNA 納米鉗的TEM (a), AFM (b), DLS (c), SEM (d)。

?

圖三 (a) ECL對運動的監測時間函數。(b) ECL測定三維 DNA機器初始運動速度。

?

?圖四 (a)?不同濃度的miRNA的ECL強度-時間曲線。(a)?空白樣本，(b) 10fM，?(c)50 fM，(d) 0.1 pM，(e) 0.5 pM，(f) 1.0 pM，(g) 10?pM， (h) 0.1 nM。(b) ECL強度與miRNA 濃度的對數的關系

【小結】

有別于傳統的三維?DNA納米機器，該團隊構建了一種新型表面三維的DNA納米鉗，其具有以下優勢。首先，通過Watson-Crick?堿基配對原則，DNA?納米結構能夠在幾分鐘內通過少量溶液退火自組裝形成。第二，因為的DNA納米鉗擁有高度有序，高局部的均勻的三維結構，從而能夠提高運動活性和效率。第三，將偶氮苯基團整合到DNA?納米鉗中，不僅對DNA?納米結構沒有任何影響，而且實現了DNA 納米機器可以在單步快速的一次逆轉。這種三維DNA納米機器能夠快速單步檢測癌細胞中的miRNA，在新一代的DNA?納米機器中顯示出巨大的潛力。

本文由飛飛宅供稿。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿及內容合作請加微信cailiaokefu。