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    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

    研發(fā)快訊 2025年03月14日 10:36:29來源:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所 19334
    摘要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(shí)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%。

      【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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(diǎn),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(shí)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(shí)驗(yàn)室新型藥物制劑材料與技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合紐約大學(xué)團(tuán)隊(duì),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(shí)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(jì)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(shí)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(duì)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)模化生產(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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2023YFC2706100)及美國國家科學(xué)基金會(GCR-2317843)等的支持。

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