頂刊動態 | Nature子刊/AM/Nano Letters/Angewandte等期刊生物材料最新學術進展匯總【160710期】

1、Nano Letters：用能對多刺激做出響應的DNA來可逆控制脂質體的組裝

圖1 用AZO修飾DNA（上）和用光、Mg2+以及溫度控制脂質體可逆自組裝的示意圖（下）

DNA可以用來幫助其它顆粒實現可逆的自組裝，自組裝的過程可以通過溫度、陽離子或者pH值控制，但是目前的自組裝往往只通過一種因素來控制，能用幾種因素來控制的自組裝對于制造智能納米結構非常重要。

最近，英國劍橋大學的Silvia Hernandez-Ainsa（通訊作者）等人報導了一種用紫外光、Mg2+和溫度控制脂質體可逆自組裝的方法。他們用偶氮苯（AZO，有順式和反式兩種構型，對脂質體的粘附力不同）來修飾單鏈DNA的一端，AZO可以吸附在脂質體上，而單鏈DNA可以通過堿基配對與其它單鏈DNA結合從而實現自組裝（如上圖）。這種自組裝可以通過光照（改變AZO構型）和Mg2+濃度（改變單鏈DNA之間的結合強度）來可逆控制。他們還發現用雙鏈DNA也可以實現自組裝，這時自組裝還可以通過溫度來控制。

文獻鏈接：Controlling the Reversible Assembly of Liposomes through a Multistimuli Responsive Anchored DNA（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01618）

2、Nature Communications：有牢固界面和功能微結構的水凝膠-人造橡膠雜化材料

圖2 水凝膠-人造橡膠雜化材料的制造過程

人造橡膠能夠適應多種環境，并且很容易在它上面制造各種微結構；水凝膠的水含量非常高，能夠透過各種化學藥品以及生物分子，并且有很好的生物相容性和生物降解性。但是目前水凝膠和人造橡膠都是分開使用，而少數由它們組成的雜化材料的結合界面不牢固，并且在界面處制造微結構非常困難。

最近，麻省理工學院的Xuanhe Zhao（通訊作者）等人報導了一種可以簡單獲得牢固的水凝膠-人造橡膠結合界面的方法，這種界面非常牢固，并且很容易在界面處制造各種功能的微結構（如微流體通道、電路）。他們使用的水凝膠（物理交聯的網絡結構，并且里面含有可以交聯成另一個網絡的單體和交聯劑，如圖a）和人造橡膠（表面用苯甲酮處理，圖b）都經過預成型，將它們結合后用紫外光照射就能獲得牢固的界面（圖c），并且不影響原來的微結構。這種方法能使用各種各樣的水凝膠和人造橡膠，他們制造了防脫水水凝膠和柔性電路等。

文獻鏈接：Skin-inspired hydrogel–elastomer hybrids with robust interfaces and functional microstructures（Nature Communications，2016，DOI: 10.1038/ncomms12028）

3、Advanced Materials：聚合物膠囊將藥物定向運輸到動脈粥樣硬化斑塊

圖3 制備聚合物膠囊的過程

動脈粥樣硬化斑塊是造成心肌梗塞和中風的主要原因，目前使用的治療方法要不是侵入式的（如植入導液管或者支架），要不得長期服用高劑量的藥物。

最近，澳大利亞莫納什大學的Christoph E. Hagemeyer（通訊作者）和墨爾本大學的Frank Caruso（通訊作者）等人證明由聚（2 -二異丙基丙烯酸甲酯）（PDPA）組成的聚合物膠囊能夠在人類血清中降解（釋放里面的藥物），并且用聚-L-組氨酸修飾后還能增加它的穩定性（使其能到達病變區域），用有靶向功能的肽修飾膠囊后還能定向運輸到動脈粥樣硬化斑塊。研究者先在CaCO3納米顆粒上吸附一層治療藥物，然后再吸附一層PDPA，再將CaCO3去除就能得到膠囊。這種膠囊能定向運輸藥物，并且能夠被降解，可以用來運輸多種藥物。

文獻鏈接：Polymer Capsules for Plaque-Targeted In Vivo Delivery（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201601754）

4、Chemical Reviews：有機生物電子設備——生物與技術溝通的橋梁

圖4 細胞與電子設備之間的信號傳輸

我們使用的電子設備靠的是電子來導電，但是在生物系統中卻更多的是依靠離子和分子來導電。由于獨特的電子/離子導電性能，有機聚合物或者小分子已經成為實現生物和電子設備之間信號轉化的工具，被廣泛用在生物信號記錄和生物調節上。

最近，瑞士林雪平大學的Magnus Berggren（通訊作者）等人回顧了有機生物電子設備的發展、目前的狀況，以及對存在的困難和未來的發展方向提出了他們的看法。

文獻鏈接：Organic Bioelectronics: Bridging the Signaling Gap between Biology and Technology（Chemical Reviews，2016，DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00146）

5、Nano Letters：插入單分子熒光團來研究DNA超螺旋運動

圖5 DNA超螺旋的形成（A-D）以及對其成像（E-H）

DNA超螺旋在DNA復制和基因表達中扮演著重要作用，超螺旋能夠改變DNA的三維結構，隨后改變DNA的轉錄和對蛋白質的處理。但是，目前，科學家對DNA超螺旋的作用機制還不清楚。

最近，荷蘭代爾夫特理工大學Elio Abbondanzieri（通訊作者）和 Cees Dekker（通訊作者）等人將一種叫做Sytox Orange（SxO）的染料分子插入DNA的堿基對之間來獲得超螺旋，并且利用SxO自身發出的熒光來研究DNA超螺旋。他們首先將DNA的兩端固定（圖A-C），然后將SxO插入DNA的堿基對之間，SxO在DNA中產生應力從而生成超螺旋（圖D），利用SxO發出的熒光他們研究了DNA超螺旋的位置、尺寸以及成核和擴散等運動。

文獻鏈接：Intercalation-Based Single-Molecule Fluorescence Assay To Study DNA Supercoil Dynamics（Nano Letters，2016，DOI:10.1021/acs.nanolett.6b02213）

6、Angewandte：用螺旋折疊大分子模仿高穩定和高運輸效率的跨膜通道

圖6 人工合成的跨膜通道

細胞的脂質雙層膜上的通道能選擇性的高效運輸離子和分子，但是人工合成具備這些性質的通道仍然非常困難。

最近，吉林大學的董澤元（通訊作者）和劉俊秋（通訊作者）等人制備了一種單分子跨膜通道。他們首先合成一種含有孔的螺旋分子，然后將這種分子嵌入脂質雙層膜中形成跨膜通道。這種通道很穩定，有很高的運輸效率，并且對不同離子的運輸效率不同（陽離子的運輸效率較高，不同陽離子的效率也不一樣）。

文獻鏈接：Biomimetic Transmembrane Channels with High Stability and Transporting Efficiency from Helically Folded?Macromolecules（Angewandte Chemie，2016，DOI: 10.1002/anie.201604071）

7、ACS Nano：一步測定微RNA的含量

圖7 ?MM1000-DNA-MN30 的制備方法

微RNA（miRNA）的異常表達會導致腫瘤的增長和轉移，在癌細胞中都會有過量的miRNA，因此準確而快速的測定miRNA的含量對于診斷腫瘤以及了解腫瘤的治療效果至關重要，但是目前的測定方法非常復雜。

最近，國家納米科學中心的孫佳姝（通訊作者）和蔣興宇（通訊作者）等人報導了一種只需一步就能快速而準確測定miRNA含量的方法。他們首先制備了MM1000-DNA-MN30 （MM1000和MN30分別代表直徑為1000nm和30nm的磁性顆粒，DNA為單鏈DNA，如圖a），當加入miRNA后，miRNA能夠與DNA結合，這種結合體能與DSN（一種酶）反應，反應后DNA被破壞從而釋放出miRNA和MN30，miRNA能夠繼續與DNA結合釋放出更多的MN30。反應一段時間后將NM1000和MN30分離（游離MN30的含量與miRNA的含量有關），MN30會增強ΔT2信號，通過測量ΔT2的信號就能知道MN30的含量從而確定miRNA的含量。這種方法能測定含量為5fM的miR-21（一種miRNA），還能區分腫瘤和周圍的正常組織，有望用于腫瘤診斷上。

文獻鏈接：Quantitative Detection of MicroRNA in One Step?via?Next Generation Magnetic Relaxation Switch Sensing（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b01903）

8、ACS Nano：用DNA納米花使金納米顆粒有序化

圖8 DNA納米花的制備以及用納米花組成晶格的過程

有納米結構的材料會擁有一些新的性質，金納米顆粒可以組裝成各種各樣的結構。而用單鏈DNA（ssDNA）來修飾納米顆粒則可以很方便的控制它們之間的相互作用。

最近，牛津大學的Andrew J. Turberfield（通訊作者）等人報導了一種利用DNA納米花來獲得各種金納米顆粒晶格的方法。他們先將DNA支架與用ssDNA修飾的金納米顆粒混合退火得到納米花（DNA為花瓣，金納米顆粒在花瓣的中心，如圖b），然后用ssDNA修飾特定的花瓣（圖g-i），ssDNA分為A和B兩種，他們最后幾個堿基的互補的（圖f），最后將分別用A和B單鏈DNA修飾的納米花按1:1混合退火就能得到不同的晶格，組裝完成后還可以在金納米顆粒上沉積金原子來改變納米顆粒的尺寸。

文獻鏈接：Ordering Gold Nanoparticles with DNA Origami Nanoflowers（ACS Nano，2016，DOI:10.1021/acsnano.6b03076）

9、Nano Letters：由DNA雙螺旋組成的跨膜通道

圖9 DNA跨膜通道（A）以及DNA的組成（B）

細胞膜上由蛋白質組成的跨膜通道對細胞的生命活動至關重要，這些通道是中空的，離子可以通過這些通道。

最近，英國劍橋大學的 Ulrich F. Keyser（通訊作者）、南安普頓大學的Eugen Stulz（通訊作者）和伊利諾伊大學的Aleksei Aksimentiev（通訊作者）等人證明由單個DNA雙螺旋組成的跨膜通道也可以讓離子通過。DNA通道的雙鏈部分由19對堿基對組成，兩端各有8個未配對的堿基，并且雙鏈部分還用卟啉修飾（固定DNA），這種DNA能插入脂質雙層膜中，雖然并沒有中空的物理通道，但是離子仍然可以從DNA中心和DNA與脂質的界面處通過，這種跨膜通道有助于我們理解并且控制離子通過脂質膜。

文獻鏈接：Ion Channels Made from a Single Membrane-Spanning DNA Duplex（Nano Letters，2016，10.1021/acs.nanolett.6b02039）

本文由材料人生物材料學習小組CZM供稿，材料牛編輯整理。

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