科學家實現高階DNA折紙結構高效制備

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近日，國家納米科學中心研究員丁寶全與亞利桑那州立大學教授顏顥團隊合作，在構建支鏈核酸引導DNA折紙結構進行精確共組裝方面獲重要進展。相關研究已在《美國化學會志》發表。

DNA折紙作為一類具有代表性的核酸納米結構，在構建精細納米器件和智能藥物遞送系統等方面發揮著重要作用。DNA折紙結構通常由一條長“腳手架鏈”和上百條短“訂書釘鏈”退火（DNA分子受熱變性，雙鏈分開，再緩慢冷卻至室溫）共組裝而成。由于常用腳手架鏈的核酸序列長度有限，DNA折紙結構的尺寸被嚴重限制。

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組裝高階DNA折紙結構。受訪者供圖

前期研究中，丁寶全團隊發現，經共價偶聯所制備的支鏈核酸結構具有非常高的熱穩定性，有望作為構建高階DNA折紙結構的連接樞紐。

在此基礎上，團隊提出通過構建支狀訂書釘鏈來組裝高階DNA折紙結構的概念。首先，將線型訂書釘鏈共價偶聯成支狀訂書釘鏈，并將其直接引入DNA折紙結構組裝體系中，相對于傳統的兩步組裝體系（產率<10%），可一步制備得到尺寸可控，且產率高達80%以上的高階DNA折紙結構。

研究人員通過設計具有不同訂書釘序列的雜合型支狀訂書釘鏈，經多級次組裝，可獲得形貌各異的雜合型高階DNA折紙結構。最后，在支狀訂書釘鏈的橋聯作用下，可高效得到微米尺度的含有100個DNA折紙結構單元的高階DNA折紙陣列。該類尺寸形狀可控的高階DNA折紙陣列仍然具有非常好的納米級定位性能，可作為高清模板呈現出預先設計的納米圖案。該研究利用共價偶聯的支鏈核酸結構為連接樞紐，充分展示了核酸結構的精確共組裝能力，實現了對各類高階DNA折紙結構的高效制備，為大尺寸核酸納米結構的構建和功能化提供了新的研究策略。

國家納米科學中心與鄭州大學聯合培養的碩士畢業生王宇昂、國家納米科學中心特別研究助理王洪和國家納米科學中心與吉林大學聯合培養的博士畢業生李燕為論文共同第一作者。