寧波材料所在精準(zhǔn)三維DNA晶體自組裝研究方面取得進(jìn)展
隨著DNA納米技術(shù)的飛速發(fā)展，生物分子自組裝的精準(zhǔn)控制成為科學(xué)界關(guān)注的焦點，為新一代生物材料和納米工程提供了全新思路。DNA作為一種可編程的生物大分子，其自組裝能力在三維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面展現(xiàn)出了巨大潛力。然而，實現(xiàn)三維（3D）DNA晶體宏觀尺度上的均一、可控，一直是DNA納米技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)診療材料與技術(shù)實驗室新型藥物制劑材料與技術(shù)團(tuán)隊聯(lián)合紐約大學(xué)團(tuán)隊，提出了一種基于微流控技術(shù)的精確DNA晶體自組裝策略，成功實現(xiàn)了單分散三維DNA晶體的高精度自組裝，為納米材料設(shè)計與醫(yī)療應(yīng)用開辟了新路徑。
該研究利用微流控技術(shù)制備的雙乳液微滴作為納升級微反應(yīng)器，在嚴(yán)格受控的微環(huán)境中進(jìn)行DNA晶體的生長調(diào)控，實現(xiàn)了單個微滴中僅形成一個DNA單晶的高效結(jié)晶方式，其成功率高達(dá)98.6%。這種方法不僅保證了DNA晶體的尺寸可控性，還提高了單晶的均一性，為DNA納米材料的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
研究團(tuán)隊利用微流控技術(shù)精確調(diào)控微滴的尺寸和滲透壓環(huán)境，通過調(diào)節(jié)外部滲透壓，液滴體積可動態(tài)收縮或膨脹，從而精確控制內(nèi)部DNA溶液的濃度，使DNA溶液在可控的體積收縮過程中形成單晶。該技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)方法中晶體尺寸不均、數(shù)量不可控的難題，為納米材料的精準(zhǔn)工程提供了全新范式，而且適用于多種DNA基元，展現(xiàn)出廣泛適用性。這種高精度控制技術(shù)為DNA晶體的規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，不僅推動了DNA納米技術(shù)的發(fā)展，也為生物傳感、靶向藥物遞送及可編程生物材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能。
該成果以“Precision Self-assembly of 3D DNA Crystals Using Microfluidics”為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.4c17455）。寧波材料所博士生陳旭根、助理研究員付盼博士與紐約大學(xué)Karol Woloszyn博士為共同第一作者，寧波材料所副研究員周峰、研究員鄭建萍及紐約大學(xué)教授Ruojie Sha為通訊作者。本研究獲中國國家自然科學(xué)基金（22307124、U24A20377、82402141）、國家重點研發(fā)計劃（2023YFC2706100）及美國國家科學(xué)基金會（GCR-2317843）等的支持。
雙乳液滴內(nèi)3D DNA晶體的高精自組裝
（先進(jìn)診療材料與技術(shù)實驗室? 陳旭根）