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通用pH调节的DNA纳米结构组装

来源:Angewandte Chemie 2018-05-24 14:12 55人浏览

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【bet305亚洲版mobile 48-365365网 技术应用】DNA作为遗传信息的载体,已成为纳米技术中一种非常有用的建筑材料。在许多应用中的一个要求是纳米结构的可控、可切换装配。在《化学》杂志上,科学家们现在提出了一种通过改变pH值来控制的新策略。它是基于乙二胺,它仅支持在中性至酸性环境中组装DNA组分,而不依赖于碱基序列和无金属离子。

一组短的单链DNA可以编织成一个瓦片,通过自我导向的粘性端部内聚力将其进一步聚合成丰富的几何图形。这种所谓的瓷砖组装在本质上模仿了晶体的形成过程。一旦设计出正确的线,就会通过自组装过程形成特定的结构。mobile 48-365365希望将来可以使用这种方法来组织纳米材料或制造纳米机器人,这些纳米机器人可以对患病器官甚至单个细胞进行微小的干预。纳米电子学和纳米催化也是未来应用的方向。

当pH改变时,某些DNA结构基元会改变纳米结构的形状,从而发生控制的、可切换的组装。然而,这些结构是基于非常特定的基序列。与此相反,序列无关的方法将为DNA的自组装提供一个通用的、通用的方法,从而大大拓宽了动态DNA纳米技术的应用范围。

合肥工业大学、中国合肥科技大学、中国合肥大学、美国西拉法耶特普渡大学的科学家们从一个小的有机分子乙二胺、H2N—CH2—NH2开始。在水中,一个或两个氨基(–NH2)可逆地结合另一个质子(H+),这取决于pH值。这三种可能的物种的相对数量在很大程度上依赖于pH值。带有双重正电荷的乙二胺分子能够静电屏蔽DNA骨架上的负电荷,从而使它们相互排斥的程度降低,有利于自组装。

Yulin Li, Zhaoxiang Deng和Chengde Mao领导的研究小组利用含有乙二胺的缓冲液,在中性到酸性的环境中,将单个十字形的DNA构建块(瓦片)组装成一个延伸的二维蜂窝状结构。在微碱性条件下,没有延伸结构形成。作为三维结构的一个例子,mobile 48-365365用三颗星状的积木制作了四面体的笼子。在pH值为6.5时,恒星可逆地转变为四面体;在pH值为8时,它们恢复为恒星形状或单个束。

为了屏蔽DNA中的负电荷,通常使用带正电荷的金属离子,如Mg2+。乙二胺缓冲液不需要金属离子。金属离子能增加许多酶的活性,尤其是DNA裂解核酸酶。因此,这种新的系统更适合在有酶存在的情况下使用。

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