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鐘良樞研究員榮獲中科院上海分院“杰出青年科技創新人才”稱號
單鏈DNA編碼“納米”分子反應取得重要進展
文章來源:    發布時間:2019-12-30

近日,上海高等研究院光源科學中心物理生物學研究室、上海應用物理研究所和上海交通大學合作發展了一種用單鏈DNA編碼金納米粒子的方法,并實現了動態“納米”分子反應。該方法通過設計一條多嵌段的單鏈DNA序列,可以賦予金納米粒子類似原子的離散價態和正交價鍵。這些“納米”原子則可通過DNA分子反應組裝成各向異性的“納米”分子,并進而產生“納米”分子反應。該工作以“Programming nanoparticle valence bonds with single-stranded DNA encoders”為題于Nature Materials 在線發表(https://www.nature.com/articles/s41563-019-0549-3)。姚廣保、李江、李茜和陳曉亮為論文的共同第一作者,樊春海院士與荷蘭格羅寧根大學Bernard L. Feringa院士為共同通訊作者。該工作還得到了上海光源BL19U2小角散射線站的支持。 

對微觀尺度的分子或材料進行精確的動態調控,體現了人類對微觀世界的認知與操控能力。然而,對納米粒子的精確動態調控仍然充滿挑戰。在生物體中,生物分子機器具有極為精巧的結構并受到嚴密的時空調控,而這些復雜結構的時空排布信息是由一維的DNA分子序列所編碼而成的。受此啟發,該團隊提出利用多嵌段的單鏈DNA序列來編碼金納米粒子表面的價鍵信息,進而構建具有離散價態與正交價鍵的“納米”原子。以這些“納米”原子為基元,可以通過正交的DNA配對自組裝形成具有精確顆粒數和各向異性的“納米”分子。而這些“納米”分子在合成后仍然具備可重排的能力。因而,利用DNA鏈取代反應,可以引發動態的“成鍵”與“斷鍵”,模擬加成、分解、置換和復分解等多種基本化學反應。他們還基于這一體系設計了單顆粒邏輯門,并集成為“投票機”邏輯電路。當多數輸入信號為正(“贊成票過半”)時,“納米”分子解離;當只有少數信號為正時,“納米”分子不發生解離反應。這些精確組裝而具有動態響應能力的納米“原子”和“分子”有望應用于生物智能診斷與治療等領域。 

1,利用單鏈DNA編程的多種“納米分子” 

 

2,基于納米分子動態反應的投票機邏輯電路 

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