自然界中，天然分子機(jī)器/納米機(jī)器能夠響應(yīng)特定刺激信號(hào)，產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，釋放化學(xué)信使分子，執(zhí)行相應(yīng)的生物功能。受天然系統(tǒng)的啟發(fā)，研究者已制造了多種基于自組裝材料的人工納米器件，用于受控運(yùn)動(dòng)、生物傳感和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等研究。盡管構(gòu)建人工納米器件的概念已被多種方法成功驗(yàn)證，但生理環(huán)境中生物/化學(xué)信號(hào)分子的低濃度常常限制了人工納米器件的高效響應(yīng)和后續(xù)功能的精準(zhǔn)調(diào)控。因此，微量信號(hào)放大體系的開(kāi)發(fā)對(duì)于信息傳遞、信使分子與納米器件之間的相互作用以及生物功能調(diào)節(jié)具有重大意義。 近日，國(guó)家納米科學(xué)中心丁寶全課題組開(kāi)發(fā)了一種基于DNA折紙納米技術(shù)的人工納米器件，用于微量生物/化學(xué)分子信號(hào)的響應(yīng)放大。利用DNA折紙納米技術(shù)，作者構(gòu)建了一種DNA納米鑷子結(jié)構(gòu)，鑷子結(jié)構(gòu)懸臂上伸出單鏈DNA鏈段，用于雜交組裝表面修飾有互補(bǔ)單鏈DNA的金納米棒，形成具有強(qiáng)烈手性光學(xué)信號(hào)的鑷子狀等離子體組裝結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中的折疊鏈段可形成“DNA分子鎖”，用于固定納米鑷子的兩條懸臂，形成按照預(yù)先設(shè)計(jì)角度“閉合狀態(tài)”的納米器件。加入低濃度的特定分子作為信號(hào)輸入，并利用基于鏈置換反應(yīng)的DNA環(huán)路放大該信號(hào)后，閉合的納米器件可被高效的觸發(fā)，變?yōu)椤伴_(kāi)啟狀態(tài)”，納米器件所裝載的金棒的三維構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致其產(chǎn)生特定的手性光學(xué)信號(hào)輸出。 
圖DNA納米器件的設(shè)計(jì)構(gòu)建及表征。（A）基于DNA自組裝鑷子的等離子體組裝結(jié)構(gòu)構(gòu)建。（B）DNA環(huán)路放大，響應(yīng)開(kāi)啟納米器件。（C）透射電鏡表征。（D）手性光學(xué)信號(hào)表征。 作者基于上述對(duì)DNA納米結(jié)構(gòu)序列設(shè)計(jì)、核酸適配體裝載和鏈置換反應(yīng)進(jìn)行了調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于包括DNA序列、腺苷分子、手性酪氨酸酰胺等化學(xué)小分子/生物大分子靶標(biāo)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。同時(shí)，作者還發(fā)展了針對(duì)腫瘤細(xì)胞表面特定受體信號(hào)具有識(shí)別放大功能的DNA納米器件，比傳統(tǒng)熒光探針檢測(cè)靈敏度提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，在僅1000個(gè)/mL腫瘤細(xì)胞的懸液中即可實(shí)現(xiàn)對(duì)受體信號(hào)的檢出。這種DNA納米鑷子與DNA放大環(huán)路相結(jié)合的納米器件設(shè)計(jì)，為后續(xù)智能響應(yīng)納米系統(tǒng)提供了新穎的研究策略。 這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition (A DNA-based Plasmonic Nanodevice for Cascade Signal Amplification, DOI: 10.1002/anie.202114706)上。文章的第一作者是國(guó)家納米科學(xué)中心的博士研究生劉灃嵩、副研究員李娜及特別研究助理尚穎旭，通訊作者為蔣喬(第10批會(huì)員)研究員與丁寶全研究員。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。
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