锐谈 | DNA纳米材料的应用前景

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分类：新闻动态
作者：随风
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发布时间：2023-02-07 16:13
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DNA作为一种生物的基本遗传物质，用于保存遗传信息。DNA材料具有沃森克里克碱基对的高精度和高可控性等特点，具有纳米化的潜力。

随着DNA纳米结构技术迅速的发展和完善，各种DNA纳米结构被设计成具有共性的高分子材料并被广泛应用，形成了在化学和生物材料领域具有特定用途的复杂纳米颗粒。

文章“Length-Dependent Diblock DNA with Poly-cytosine (Poly-C) as High-Affinity Anchors on Graphene Oxide”中报道，DNA可以通过碱基的螯合作用，π-π堆积作用，磷酸根骨架的静电作用等与多种纳米材料相结合。

比如，聚腺苷酸(poly-A)的可以高效地结合金纳米颗粒。作者系统地研究了简单重复的DNA序列与纳米材料间的相互作用，并发现聚胞苷酸(poly-C) 可广泛地作为无机纳米材料的高亲和配体。

文章“Sequence-programmable covalent bonding of design DNA assemblies”中介绍了折纸术利用的是重组和模块化的三维 DNA 组件有着的互补的形状的特点，这些 DNA 能够很容易的扣在一起，而不是像拉链似的拉在一起的碱基对。

而且，通过他们的方法自组装生成的 DNA 对象已经开始被用于进行各种基础研究试验，比如创建用于显示屏中的周期性量子点阵列，或者是生产可以被用于表面增强拉曼光谱的等离子体结构。这个结构能够承受高达 90 摄氏度的温度。

文章“DNA Microgels as a Platform for Cell-Free Protein Expression and Display”中介绍了宏量的DNA水凝胶，把DNA多聚物做成黏性末端回文结构，它就可以自己连接起来，那么连起来的DNA分子在水溶液里就是一种胶。

它可以用于药物传递和细胞三维培养，如今已经利用DNA水凝胶制造出蛋白质，能够实现在无细胞系统生产大量的活性蛋白质，包括那些活细胞无法生产的蛋白质，这为药物筛选和蛋白制药提供了一条崭新的途径。

从 55 个核苷酸碱基的 DNA 分子增殖形成几毫米长的 DNA 水凝胶，这种胶体通过首端生长、尾端降解获得动力，从微流系统中获得“营养”，实现“人工新陈代谢”从而自主运动。期望用于生物检测。

文章“High information capacityDNA-based data storage with augmented encoding characters using degenerate bases”中介绍了DNA在数据存储方面的应用前景。在计算机中，所有数字都是由0、1构成的二进制编码，而DNA数据存储技术则是将0、1数据通过一定的编码方法转换成DNA中的A、T、C、G四种碱基，通过合成含有这些碱基序列的DNA即可实现数据信息存储。

与传统的存储介质相比，DNA数据存储具有存储密度高、保存时间长、易获取、易维护、能耗低等特点。一克DNA就能存储215PB数据长达2000年时间。如果能够实现这一目标，该技术将显著减少全球快速增长的数据所需的存储空间。

由于结构的灵活性，多种形式的定制DNA基纳米结构被创造出来，为DNA纳米结构在生物医学领域的发展提供了有价值的方向。