基于DNA的细胞膜功能化

细胞膜在细胞与外界环境间的物质运输、能量转换和信息传递等过程中起着重要作用,研究和控制细胞膜上的分子的相互作用,对理解和操控细胞的生理功能具有重要意义。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)分子具有精确自组装和可编程的特性,是一种研究生物膜分子相互作用的新工具。本综述中,我们概括了DNA分子修饰细胞膜的方法,随后介绍了基于DNA分子的监测、控制细胞膜分子相互作用的工作以及DNA分子介导细胞连接的研究,并分析了上述研究的局限性。最后,我们对基于DNA的细胞膜功能化研究进行总结与展望,以期促进对细胞膜功能的新认识,获得控制细胞功能的新方法。     

单碱基多样性的非测序检测

单碱基多样性（SNP）是最常见的基因突变形式之一,经研究证明与很多疾病相关。虽然测序是检测SNP的重要方法,但其需要检测仪器,且检测时间较长,限制了其临床应用。本文综述了SNP的常见非测序分析方法。首先讨论了检测的热力学问题,并归纳了主要的检测策略：基于杂交的检测,基于链取代反应的检测和酶介导的检测。在三维均相检测方法中,主要介绍了不同信号开关策略,如荧光开关、酶识别开关和场效应开关。三维原位检测不仅能检测SNP,还能提供其细胞定位信息,在细胞异质性较高时更具优势。二维界面检测的识别反应速率和杂交效率受到一定影响,但界面检测能进一步减小干扰,亦便于实现高通量检测。以DNA正四面体探针界面为代表的改良界面具有优良的灵敏度和特异性。同时本文亦讨论了现有方法的局限性,并对SNP非测序检测研究进行展望。     

框架核酸高通量检测芯片

构建了一种基于框架核酸的高通量生物检测芯片.利用超微量移液自动化平台,将包含框架核酸探针的液滴按照预设命令固定至生物芯片微阵列上,在探针捕获核酸靶标后利用集成的基因芯片扫描仪对芯片进行成像,通过分析荧光强度定量化分析靶标浓度.结果表明,此框架核酸芯片能够实现框架核酸探针的高通量制备, 24 h即可制备具有15万个点的微阵列,且点间距离的相对偏差W≤10%、荧光强度的变异系数CV=3.30%,具有较高的稳定性,远高于国家标准.此外,该芯片具备高灵敏度、可寻址的高通量生物分析能力,对核酸靶标的检测限可达100 pmol/L.随着多种探针技术的发展,生物检测微阵列技术在高通量生物分析领域展示出巨大的潜力.     

脂质修饰DNA复合结构的可控制备及膜生物学研究

综述了脂质-DNA复合结构的设计、可控制备和结构特性;并重点讨论其在膜生物学中的应用,包括对活细胞膜的动态分析、膜上纳米孔道的构建、对活细胞的空间排布与相互作用调控以及活体药物递送等;总结了该领域存在的一些挑战,并对未来发展进行了展望.利用这些精确可控的脂质-DNA复合结构,研究者可以更深入地理解细胞膜在分子尺度上的工作原理,实现对细胞膜功能的精确调控,为细胞成像诊断、纳米机器与人工细胞构建等应用提供有力的工具.     

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。     

柔性可穿戴传感器及其应用研究

可穿戴传感器可以贴合人体皮肤或与纺织品整合用于监测人体生理状况,具有较高灵敏度和集成性。近年来,可穿戴传感器已被广泛应用于汗液、呼吸、心率和血氧等生理状况的监测。由于可穿戴传感器需要长时间舒适穿戴于人体,并且需要避免人体活动产生的形变影响,因此,柔性是评价和改良可穿戴传感器的一个重要参数。本文首先综述了不同柔性材料的研究进展,概括了基于不同柔性材料的可穿戴传感器的构建及应用,最后讨论了这些柔性可穿戴传感器当前面临的挑战、应对策略以及未来的发展方向。     

框架核酸辅助的仿生膜构建

仿生膜的构建有利于了解并掌握生物膜的功能及其机理,同时对其在生命医学及疾病诊断等相关领域的应用具有重要意义.以框架核酸为组装单元,构建新型仿生膜材料是一种有效且具有发展前景的方法和研究方向.本文综述了框架核酸的设计、制备与表征,总结了框架核酸修饰到脂质膜上的方式.同时,对框架核酸辅助的仿生膜的应用情况进行了阐述,并探讨了框架核酸在仿生膜研究领域所面临的机遇与挑战.     

单碱基多样性的非测序检测（英文）

单碱基多样性(SNP)是最常见的基因突变形式之一,经研究证明与很多疾病相关。虽然测序是检测SNP的重要方法,但其需要检测仪器,且检测时间较长,限制了其临床应用。本文综述了SNP的常见非测序分析方法。首先讨论了检测的热力学问题,并归纳了三类主要的检测策略:基于杂交的检测、基于链取代反应的检测和酶介导的检测。在三维均相检测方法中,主要介绍了不同信号开关策略,如荧光开关、酶识别开关和场效应开关。三维原位检测不仅能检测SNP,还能提供其细胞定位信息,在细胞异质性较高时更具优势。二维界面检测的识别反应速率和杂交效率受到一定影响,但界面检测能进一步减小干扰,亦便于实现高通量检测;以DNA正四面体探针界面为代表的改良界面具有优良的灵敏度和特异性。同时,本文亦讨论了现有方法的局限性,并对SNP非测序检测研究进行展望。     

基于核酸框架的分子机器

分子机器是一种由分子构建的微型设备,在受到适当的刺激如光、温度、pH或电磁场时,它能够在分子水平上执行类似宏观机器的机械运动.然而,分子机器的研究仍面临着许多技术挑战,包括如何精确控制分子机器的运动,如何构建大规模的分子机器系统等.作为有潜力的分子自组装技术,利用DNA纳米技术可以构建复杂的刺激响应纳米机器并精确调控其在分子水平的运动.本文中,我们简单介绍了DNA纳米技术的组装原理,综述了响应DNA链置换、光、热、pH和电场等不同类型刺激的核酸框架分子机器,并探讨了它们在药物递送、构建三维等离子体光学器件以及作为生物分子标尺等方面的应用.     

酸性条件下的DNA构象变化加速DNA变性解链

调控DNA的变性解链过程是DNA扩增与检测的关键步骤。对于传统的热循环DNA扩增策略,由于变温过程中热量分布不均一以及变温速度慢等不利因素,会直接影响DNA变性解链过程,从而降低DNA检测放大的效果、延长检测的时长。因此,探索快速、高效的调控DNA变性解链的方法具有重要的研究意义。本文发展了以胞嘧啶在酸性条件下的质子化反应为基础,通过改变溶液的pH值,来诱导DNA构象在Watson-Crick（WC）碱基对与Hoogsteen（HG）碱基对之间的分子构象转换,从而实现精准、快速、高效的DNA变性解链调控目标。结果表明,相较于传统的温控方法,pH调控方法能显著提高DNA变性的速率约6倍以上。本文发现pH调控方法通过降低双链DNA的反应焓约160 kJ/mol,从而提高双链DNA变性速率和效率。该方法具有用于DNA信号放大与检测等相关应用的潜力。