DNA折纸术研究进展

DNA折纸术是近年来提出的一种全新的DNA自组装的方法,是DNA纳米技术与DNA自组装领域的一个重大进展。与传统的DNA自组装技术不同,DNA折纸术通过将一条长的DNA单链（通常为基因组DNA）与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补,能够可控地构造出高度复杂的纳米图案或结构,在新兴的纳米领域中具有广泛的潜在应用。本文在介绍DNA折纸术相关原理的基础上,就DNA折纸术的起源、发展及其在DNA芯片、纳米元件与材料等领域的潜在应用进行了概述,探讨了DNA折纸术未来可能的发展方向。     

可控自组装DNA折纸结构作为药物载体的研究进展

在过去的几十年里, DNA纳米技术作为一种快速发展的可控自组装技术, 使人们能构建出各种复杂的纳米结构. DNA折纸结构具备可编程性、 空间可寻址性、 易修饰性及良好的生物相容性等多种优越的特性, 这些优异的性质使其在药物递送方面具有广阔的应用前景. 本文总结了近年来可控自组装DNA折纸结构作为药物递送系统的研究进展, 展望了DNA折纸纳米载体未来的发展方向, 并讨论了该领域面临的挑战和可能的解决方法.     

微流控可控分步组装制备透明质酸/聚乙烯亚胺/DNA纳米复合物

阳离子聚合物/DNA形成的复合物纳米颗粒呈正电性,因此表面必须遮盖一层电中性或负电性的聚合物才能在体内应用,但如何控制遮蔽层在复合物纳米颗粒上组装,形成结构可控、尺寸均一的基因输送系统是关键.本文以基因输送系统中常见的透明质酸(HA)/聚乙烯亚胺(PEI)/DNA系统为例,探索了利用微流控芯片进行可控分步的层层自组装,制备尺寸大小均一、表面电势为负的HA/PEI/DNA纳米复合物的方法.将PEI与DNA通过第一个微流控芯片自组装得到PEI/DNA纳米复合物,该复合物颗粒在第二个微流控芯片内与HA再次组装得到HA/PEI/DNA纳米复合物.考察了微流控芯片管道的尺寸、溶液流速及流速比R、PEI与DNA氮磷比(N:P)、HA与DNA质量比(HA:DNA)等参数与所形成的纳米复合物的尺寸、均一性及表面电势的关系,并与涡旋振荡法制备的复合物进行比较.结果表明,传统的涡旋振荡法制备的HA/PEI/DNA纳米复合物尺寸偏大(340～490 nm)、均一度低(PDI,0.506～0.863);而用微流控法制备的复合物尺寸较小(190 nm)、分布更为均一(PDI=0.316).     

DNA自组装结构在纳米诊疗中的应用

DNA分子具有良好的生物相容性和可编程性,被广泛用于构建新型纳米生物材料.研究者利用DNA纳米技术已构建了尺寸、形貌及对称性精确可控且可对环境条件做出特异性响应的DNA自组装结构,它们在生物成像及检测、药物的精准输送等纳米诊疗领域有着极大的应用潜力.然而, DNA纳米材料应用于活体系统存在稳定性不足、细胞摄取效率不高以及药物的包裹及可控释放程度不够等问题.本文简述了DNA自组装结构的构建方法以及将这些结构用于生物成像、生物检测和药物载带方面的进展,概括了提高DNA自组装结构体内稳定性及细胞摄取效率的方法,最后讨论了DNA自组装结构应用于纳米诊疗中所面临的机遇与尚待解决的问题.     

纳米粒子的不对称修饰与可控组装

控制纳米构筑单元的组装是发展纳米材料和器件的关键问题之一,近年来发展了一系列针对纳米粒子的不对称修饰方法,为可控组装纳米粒子提供了一种新颖而有效的策略。这些方法可以将本身各向同性的纳米粒子修饰成各向异性,使得常见的功能性纳米粒子成为所需的构筑单元。本文旨在结合最近一些创新性的研究成果,介绍并总结纳米粒子不对称修饰的方法以及基于此的可控组装,讨论了当前研究中的主要发展方向和仍需要解决的问题,并对其应用前景做了展望。     

非病毒型DNA纳米微球层层组装构建多层膜用于原位基因传递

高效安全的基因传递体系是基因技术发展的关键问题. 基于聚阳离子的基因纳米微球是一种典型的非病毒型基因载体, 能够在体内外有效转染细胞. 本文通过层层组装方法构建装载基因纳米微球的可降解多层膜, 这种固相基因传递体系能实现材料表面的贴壁细胞的原位转染. 与装载裸DNA的多层膜相比, 基因纳米微球多层膜能更有效地原位转染贴壁细胞, 这主要是因为DNA在此多层膜中仍处于与聚阳离子缔合的状态. 构建于聚乳酸三维支架表面的基因纳米微球多层膜亦能实现支架表面贴壁细胞的原位转染. 这种结构可控、易制备的基因纳米微球多层膜为精确控制基因纳米微球传递提供了一种新方法, 也为基因治疗进一步应用于组织工程、介入治疗和医用植入体提供了一种可能的技术手段.     

卟啉可控自组装及其应用

卟啉是具有大π共轭结构的环状分子,可在非共价键的作用下通过可控自组装形成有序的纳米结构,通过分子间协同作用实现光电性质的有效调控.然而,精确调控自组装过程以获得形貌可控、尺寸均一、内部结构有序的自组装纳米结构,并阐明控制性能的关键因素仍然是一个巨大的挑战.本文综述了近年来卟啉自组装纳米结构的溶液相自组装策略及其在光催化、化学传感和生物光疗领域中应用的最新进展,并初步总结了卟啉自组装纳米结构的形貌、尺寸和内部结构与性能的构效关系.     

半乳糖保护的Au纳米颗粒的制备及性能研究

通过一种简易的方法,利用D-半乳糖胺和氯金酸制备出了能够用于肝癌细胞靶向识别的Au纳米颗粒探针.该纳米颗粒形貌和尺寸均一并且生物相容性良好.通过改变反应体系的pH能够对Au纳米颗粒的尺寸进行调控.此外,这种新型的纳米颗粒对RCA120还具有超高的检测灵敏度,实验结果显示其检测限度可以达到2μg·L^-1.     

基于DNA电化学发光传感器研究金纳米颗粒对量子点的电化学发光影响

纳米金颗粒具有高的消光系数和良好的表面等离子体共振特性, 其等离子体共振特性受纳米金颗粒的尺寸和周围环境等因素的影响. 本文基于半导体纳米晶电化学发光信号对金纳米颗粒的距离依赖性制备了DNA电化学发光传感器. 首先利用循环伏安法(CV)在玻碳电极(GCE)表面原位沉积金纳米颗粒(AuNPs), 巯基丙酸包裹的CdS量子点(QDs)与氨基修饰的双链DNA (dsDNA)通过酰胺键缩合, 形成量子点修饰的双链DNA(QDs-dsDNA). 最后将QDs-dsDNA 通过dsDNA 另一端的巯基组装到纳米金表面, 得到CdS QDs-DNA/AuNPs/GCE电化学发光传感器. 在优化电极表面QDs-dsDNA密度、金纳米颗粒沉积方法等实验条件的基础上, 对不同传感器的表面性质进行了表征, 如形貌和电化学阻抗等. 进一步通过控制纳米金和CdS QDs之间的DNA研究了纳米金对CdS QDs发光信号的影响作用. 结果显示DNA链的长度和类型对发光信号有着重要的影响. 最后将此传感器用于环境污染物的DNA损伤检测, 显示出很好的灵敏响应.     

仿衣壳结构的巨大中空超分子纳米容器的多组分自组装构筑及其功能

在自然界病毒衣壳及笼状蛋白质大分子结构的启发下,运用V型双齿桥连吡啶配体和具有平面四方构型的Pd²⁺离子的溶液配位自组装,一系列具有M_nL_2n经验分子式的多组分巨大中空“纳米容器”型超分子结构被成功构筑。通过在配体内外引入官能团的策略,可以简单地实现衣壳骨架结构的内外功能化。内功能化后的“纳米容器”具有特殊的高密度相,不仅可以实现对不同类型客体分子的包裹,而且可以作为“纳米反应器”实现尺寸均一可控纳米粒子的原位合成以及小分子的催化转化。外功能化的核壳结构则可以对寡肽、DNA等生物分子具有特定的识别作用。本文对此类“纳米容器”型超分子的设计原理、自组装合成与表征、以及功能化应用等方面进行了综述。     

结构DNA纳米技术应用新进展

DNA具有非凡的分子识别性能和显著的结构特征,这使得它在材料的纳米级调控方面具有独特的优越性,在许多领域也展现出广阔的应用前景。本文从模块化DNA自组装和DNA折纸术两个方面综述了近些年DNA纳米技术,包括近年来DNA纳米技术中比较新型的组装方法;并从DNA纳米结构作为模板定位纳米粒子和蛋白以及用于生物医药等方面介绍了DNA纳米技术的应用;同时,对DNA纳米技术发展及应用进行了展望。     

基于新型DNA金属化工艺银纳米线的制备

随着DNA金属化工艺逐渐发展, 以DNA为模板进行金属纳米线的制备, 使得生物与微细加工技术的结合变得可能. 我们将DNA模板金属化工艺加以改进, 利用半导体材料——硅作为样品衬底, 并在硅片上利用Parafilm疏水膜斜向拉伸排列DNA分子, 采用化学还原反应, 成功地进行了银纳米线的制备. 改进后的金属化工艺对DNA分子金属化程度较好, 而且制备出了金属纳米网状结构. 基于DNA构筑复杂纳米图形的实现, 进行相关的金属化, 有望构筑纳米集成电路.     

金/铜纳米异质界面的电荷转移等离激元调控

金属纳米结构由于其独特的局域表面等离激元共振现象而倍受关注,对催化、传感、纳米医学以及光学器件等具有重要意义.电荷转移等离激元共振强烈依赖于纳米单元间的导电结点,可产生频率连续可调的共振光吸收和光散射,为获得高度局域化的增强光磁场和光热效应提供了可能.然而,受制于已有构筑手段和有限的结构种类,相关研究仍处于初级阶段.针对此,本工作发展了一种十分简单、有效的Au/Cu纳米异质结点调控策略,利用廉价易得的天然DNA分子在金纳米粒子“种子”表面发生非特异性吸附,有效控制铜在金表面发生异相成核时的相间接触面积,得到导电结点宽度连续可调的电荷转移纳米粒子二聚体.实验光谱和理论模拟显示,结点宽度、铜和金纳米粒子的尺寸是决定电荷转移等离激元性质的重要参数,其分别可由DNA吸附量、Cu²⁺加入量和金纳米粒子尺寸加以控制,进而实现共振波长在可见至近红外区的宽广调节.通过与其它吸附分子对比证明了DNA吸附调控模式的独特性.这种具有可调控导电结点的双金属纳米异质界面为实现电荷转移等离激元共振与催化和传感等功能的集成以及相关应用探索奠定了重要基础.     

DNA/银纳米簇在分析检测中的应用

银纳米簇(AgNCs)为几个到数十个原子所组成的聚集体,核尺寸小于2 nm,具有优异的物理化学性质,常以聚合物、蛋白质、DNA等作为模板采用化学合成法制备,其中以DNA为模板合成的AgNCs(DNA/AgNCs)是一种新型的发光纳米材料,其突出的荧光特性和良好的生物相容性,被应用于纳米传感器、细胞标记与检测等多种分析领...     

DNA分子组装体研究进展*

DNA分子组装体在基因治疗、电子转移、分子器件和纳米材料构筑等方面具有很强的应用前景.本文对近几年来DNA分子组装体的研究作了评述.     

石墨烯负载的金属氧化物纳米颗粒的可控制备及催化性能

采用直接浸渍法、过氧化氢均相氧化沉积法和氨水催化水解法制备了石墨烯负载的铁、钴、镍金属氧化物纳米颗粒.研究了三种沉积方法对颗粒尺寸分布的影响;采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱表征了催化剂的形貌与结构.用过氧化氢均相氧化沉淀法可制得粒径分布最均匀的纳米颗粒.过氧化氢的氧化作用可使石墨烯表面的氧化基团含量最大化,为纳米颗粒提供了足够的吸附与成核点.氨水加速了金属离子的水解与成核,导致纳米颗粒的粒径增大与不均.以苯甲醇氧化为探针反应考察了催化剂的性能.催化剂的活性按以下顺序逐渐下降:过氧化氢辅助沉积法>直接浸渍法>氨水催化水解法,与纳米颗粒尺寸增长趋势一致.纳米催化剂颗粒尺寸与其活性的良好关联性显示,发展石墨烯负载尺寸可控的纳米催化剂的方法具有重要意义.     

基于DNA纳米结构的细胞间相互作用的调控

细胞通过化学信号、 电子交换和直接接触等方式交换彼此之间的物质和信息, 以调节生命体的生长发育. 因此, 细胞间的相互作用研究与调控在细胞功能的机制研究和疾病的诊断及治疗等领域具有非常重要的意义. DNA纳米结构具有易合成、 易修饰、 可编程性设计及生物安全性高等优点, 有望实现操作简单、 精确可调、 智能响应的细胞间相互作用调控, 受到了广泛关注. 本文综述了寡核苷酸链杂交、 受体-配体结合和核酸适体靶向识别等基于DNA纳米结构的细胞组装策略, 总结了pH调控、 金属离子调控和DNA链激活等细胞间相互作用的调控手段, 并重点介绍了其在细胞间作用力的测量和成像、 体外组织模型的构建、 细胞间的通讯交流和细胞免疫治疗等领域的应用. 最后对该领域进行了总结和展望, 希望为相关研究提供有益参考.     

利用侧链修饰寡聚DNA组装CdS有序纳米结构

由于 DNA分子具有特殊的结构和碱基配对特性 ,人们已经意识到利用 DNA分子将无机纳米粒子 (量子点 )组装成各种不同的有序纳米结构的可行性 [1～ 5] .如 Mirkin等 [6 ,7]利用端基修饰的寡聚 DNA将金纳米粒子组装成有序的六方堆积的层状结构 .Alivisatos等 [8]利用单链 DNA为模板 ,通过在 3′和5′端修饰巯基的互补 DNA将两个或三个金纳米粒子连接起来形成“人造分子”.本文中我们首次报道通过在侧链 ( 5′端 C1和 C2之间的磷酸根 )上修饰巯基的寡聚胞嘧啶 ( Oligo C10 - SH )和寡聚鸟嘌呤( Oligo G10 - SH)复性过程将 Cd S纳米…     

DNA分子介导的无机纳米自组装结构与生物传感检测

由DNA分子介导构建的无机纳米自组装结构,不仅在结构上能够可控调节、易于进行表面功能化修饰,而且其光学性质独特,在生物传感、生物成像、细胞原位分析的应用方面展现出了很大的优势。近年来,利用无机纳米材料在光、电、磁等方面特殊的功能特性,构建了一系列可用于原位分析活细胞内重要靶标物质的无机纳米自组装结构,丰富了分析化学的技术手段,推动了癌症等重大疾病早期诊断和治疗技术的进步,促进了生命科学的发展。本文对近年来DNA介导的无机纳米自组装结构用于生物领域的相关工作进展进行了总结,讨论了其面临的挑战,对其发展前景进行了展望,以期为生命、医学、生物学等领域的进一步发展提供参考。     

多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒基因载体的研制及应用

以可溶性淀粉为原料, 利用反向微乳液法, 加入交联剂三氯氧磷, 制备了直径为50 nm左右带负电荷的交联淀粉纳米颗粒. 以该纳米颗粒为内核, 经多聚赖氨酸修饰, 得到了多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒(PLL-StNP). 对PLL-StNP进行了颗粒粒度、稳定性和电性的表征, 并通过颗粒的体外细胞毒性检测、颗粒与DNA结合能力及细胞转染等方面的分析, 发现多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒(PLL-StNP)有可能作为基因载体, 在此基础上发展了多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒基因载体的构建与基因转染技术. 作为非病毒基因载体, 赖氨酸淀粉纳米颗粒具有基因装载量大、转染率高、细胞毒性低以及可生物降解等优点.