上海交通大学化院樊春海教授团队在单链DNA编码“纳米”分子反应取得重要进展
日期:2019-12-04 阅读:370

近日,上海交通大学化学与化工学院樊春海团队发展了一种用单链DNA编码金纳米粒子的方法,并实现了动态“纳米”分子反应。该方法通过设计一条多嵌段的单链DNA序列,可以赋予金纳米粒子类似原子的离散价态和正交价键。这些“纳米”原子则可通过DNA分子反应组装成各向异性的“纳米”分子,并进而产生“纳米”分子反应。


该工作以“Programming nanoparticle valence bonds with single-stranded DNA encoders”为题于Nature Materials 在线发表(https://www.nature.com/articles/s41563-019-0549-3)。姚广保、李江、李茜和陈晓亮为论文的共同第一作者,樊春海与荷兰格罗宁根大学Bernard L. Feringa为共同通讯作者。


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对微观尺度的分子或材料进行精确的动态调控,体现了人类对微观世界的认知与操控能力。然而,对纳米粒子的精确动态调控仍然充满挑战。在生物体中,生物分子机器具有极为精巧的结构并受到严密的时空调控,而这些复杂结构的时空排布信息是由一维的DNA分子序列所编码而成的。


受此启发,该团队提出利用多嵌段的单链DNA序列来编码金纳米粒子表面的价键信息,进而构建具有离散价态与正交价键的“纳米”原子。以这些“纳米”原子为基元,可以通过正交的DNA配对自组装形成具有精确颗粒数和各向异性的“纳米”分子。而这些“纳米”分子在合成后仍然具备可重排的能力。因而,利用DNA链取代反应,可以引发动态的“成键”与“断键”,模拟加成、分解、置换和复分解等多种基本化学反应。


他们还基于这一体系设计了 单颗粒逻辑门,并集成为投票机”逻辑电路。当多数输入信号为正(“赞成票过半”)时,“纳米”分子解离;当只有少数信号为正时,“纳米”分子不发生解离反应。这些精确组装而具有动态响应能力的纳米“原子”和“分子”有望应用于生物智能诊断与治疗等领域。 


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