Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have emerged as promising candidates for applications in biotechnology and nanoelectronics due to their exceptional physical and chemical properties. Despite their potential, challenges like insolubility and toxicit
单壁碳纳米管（SWCNT）因其卓越的物理和化学性质，已成为生物技术和纳米电子学应用的有前景的候选者。尽管它们具有潜力，但不溶性和毒性等挑战阻碍了它们的广泛使用。先前的研究已经调查了各种策略来功能化和修饰SWCNT的表面，以克服这些挑战
在一项新的研究中，由生物医学融合工程学院助理教授Sanghwa Jeong教授领导的釜山国立大学的研究人员试图填补这一空白。这项研究超越了传统技术，采用高通量筛选方法阐明了DNA序列与其与碳纳米管结合亲和力之间的关系。它专注于通过先进的序列设计和分子动力学模拟来优化这些构建体的结合亲和力和稳定性
这项研究发表在《高级科学》上
郑博士在讨论他们的研究背景时解释说：“研究人员一直在探索各种策略来设计SWCNT表面，以克服由于不溶性和潜在毒性而导致的应用有限的挑战。一种有前景的方法是使用单链DNA（ssDNA）作为SWCNT的包裹表面活性剂。”。最初，一个不同的随机30个核苷酸（nt）ssDNA文库经历了迭代筛选，以鉴定高亲和力序列计算建模，特别是分子动力学模拟，为SWCNT结构的结构动力学提供了见解。此外，研究人员使用了几种机器学习模型来了解影响结合亲和力的序列模式。他们成功创建了一个免费访问的在线服务，可以预测ssDNA序列与SWCNT的结合亲和力。这些综合方法不仅验证了实验结果，还指导了高性能ssDNA SWCNT构建体的设计
研究结果表明，ssDNA-SWCNT复合物的稳定性和功能性取得了重大进展。通过表面活性剂置换实验验证，富含腺嘌呤和胞嘧啶的高亲和力30 nt ssDNA序列表现出优异的结合强度
分子动力学模拟强调了SWCNT表面附近稳定分子内氢键的形成，强调了它们增强的结构完整性。机器学习模型有效地预测了ssDNA序列的结合亲和力，进一步支持了定制ssDNA SWCNT构建体的设计
此外，该研究表明，与游离ssDNA相比，这些复合物对酶降解的抗性有了显著提高，使其非常适合长期生物应用
总之，高亲和力ssDNA SWCNT构建体的开发标志着纳米生物技术的重大进步。ssDNA单壁碳纳米管的独特特性使其成为细胞或组织特异性药物递送系统以及高性能纳米电子器件开发的理想候选者 郑博士总结道：“我们的研究不仅对我们理解ssDNA和SWCNT之间的相互作用做出了重大贡献，而且为在各种先进技术中利用这些相互作用提供了切实可行的途径。未来，开发稳定性增强的纳米材料和设备将有望推动纳米电子学和生物技术的创新。”