Nat.?Comm再次發表馬興毅成果：金納米的“設計+合成”

【引言】

等離子納米材料在光學傳感領域應用廣泛，這類納米材料可與光相互作用，具有極高的靈敏性和可操作性。其中，金納米材料具有獨特的穩定性和生物相容性，因此常作為基底材料被用于生物醫學傳感和成像。為保證傳感效率，金納米結構的尺度需要在100納米以下；為提高應用效率，材料多為液相合成，便于在溶液中修飾探針，探測疾病標識物。

之前尚沒有液相合成法，精確制備出結構預先設計的金納米顆粒。金納米顆粒有很多結構，例如納米棒、納米多面體、納米片等，但所有這些結構都是通過添加不同的輔助化學分子（如CTAB），采用試錯法并不斷積累經驗而獲得。如果想要合成球面帶有一個分枝的顆粒，以上方法都無能為力，更無法合成預先設計的更為復雜的結構。

【成果簡介】

在生命體中，DNA指導合成蛋白質。韓國高麗大學融合化工系統研究所研究教授馬興毅首次提出，可將DNA分子作為骨架，指導金納米顆粒的合成，相關成果在2016年發表于《自然·通訊》。最近，馬興毅及其所在團隊聯合首爾國立大學和美國科羅拉多大學的學者利用DNA分子調控合成出結構預先設計的高靈敏金納米顆粒，實現了對乳腺癌相關基因中單點突變的識別診斷，相關成果再次發表在《自然·通訊》上并引起納米材料和醫學工程界關注。

【圖文解析】

圖1：設計性合成等離子納米顆粒

（a）用于光譜傳感的等離子納米結構的建模；

（b）不同結構的靈敏度分析；

（c）合成帶有“納米橋”結構的金顆粒；

（d）對新型結構的X射線衍射分析；

（e）對新型結構的高分辨透射電子顯微學分析。

圖2：單顆粒傳感系統

（a）傳感示意圖；

（b）新型金顆粒的散射曲線和暗場顯微照片；

（c）金顆粒對表面的生物分子間的反應做靈敏的信號響應，表現為光譜位移；

（d）用于基因突變的傳感芯片的檢測步驟示意圖；

（e）基因錯配識別蛋白的結合動力學分析；

（f）靶基因的檢測動力學分析。

圖3：單位點基因突變的識別

（a）傳感芯片對8類突變的實時檢測信號；

（b）不同突變類型的檢測數據線圖集。

圖4：傳感芯片的可靠性驗證

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（a）改變基因錯配識別蛋白的濃度分析傳感信號；

（b）傳感過程的動力學分析。

圖5：診斷基因單點突變的標準化數據圖集

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以線圖集的形式描繪人類基因錯配修復蛋白MutS對單堿基突變的識別能力及其差異(GT>GG>+C>AA>TC>?C>AC>GA)，推出新的基因診斷方法（無需測序）。

圖6：構建8款基因芯片，診斷與乳腺癌最為相關的8類突變

芯片對乳腺癌細胞HCC1937的相關基因做出的分析信號。

圖7：基因芯片的應用案例

芯片對兩個乳腺癌和卵巢癌的細胞樣品進行診斷，將所得數值放入標準化圖集，推斷兩個細胞分別含有單個胞嘧啶嵌入型突變、鳥嘌呤被腺嘌呤替代型突變。將細胞的基因轉交給基因測序公司，發現基因中存在的單點突變類型與診斷結果一致。

作者簡介

馬興毅畢業于哈爾濱工業大學，并分別于成均館大學（SKKU）和高麗大學（Korea University）獲得工學碩士和博士學位，現在高麗大學融合化工系統研究所擔任研究教授，以技術產業化和科研立項為工作重點，主要負責納米生物技術的研發，具體領域是醫學納米傳感和生物工程發酵，研究方向包括（1）利用生物分子，制備新型光學納米材料，用于醫學傳感和成像，（2）利用微流體芯片篩選靶細胞，將細胞用于生物發酵，制備抗腫瘤活性物質，主要成果獲得韓國科技部表彰。如有討論和合作，請致信maxy@korea.ac.kr。

文獻鏈接：

【1】Single gold-bridged nanoprobes for identification of single point DNA mutations. Nature Communications?(全文閱讀和下載)

【2】Gold nanocrystals with DNA-directed morphologies. Nature Communications?(全文閱讀和下載)

本文由韓國高麗大學融合化工系統研究所研究教授馬興毅團隊供稿，材料人編輯部整理。

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