DNA纳米结构自组装的新功能消除了对极端加热和受控冷却的需求

奥尔巴尼大学RNA研究所的研究人员正在开拓设计和组装DNA纳米结构的新方法，增强其在医学、材料科学和数据存储领域的实际应用潜力

他们的最新发现证明了一种在不需要极端高温和受控冷却的情况下组装这些结构的新能力。他们还展示了包括镍在内的非传统“缓冲”物质的成功组装。这些进展发表在《科学进展》杂志上，为DNA纳米技术开辟了新的可能性

DNA在储存遗传信息方面的作用最为普遍。DNA由易于操纵的碱基对组成，也是构建纳米级物体的优良材料。通过“编程”构成DNA分子的碱基对，科学家可以创建小至几纳米的精确结构，这些结构可以被设计成具有复杂结构的形状

凭借其微小的规模和定制设计，这些结构可用于高度精确地放置生物分子、细胞和纳米粒子等，在生物医学（如药物输送、治疗和诊断工具）和材料设计中具有应用

创建这些结构通常需要将DNA链加热，然后在通常含有镁离子的特殊缓冲溶液中冷却。然而，对精确温度控制的需求限制了实际应用的可能性，在镁中组装的DNA纳米结构可能会带来挑战，包括生物环境中的结构不稳定

为了解决这些问题，UAlbany团队正在探索在中等温度下组装DNA纳米结构的方法，并在各种金属离子溶液中组装出更稳定的纳米结构

“我们通常通过在缓冲溶液中混合组分DNA链，将溶液加热到高温（194至203华氏度），然后冷却到较低的温度来组装DNA纳米结构，”RNA研究所高级研究科学家、资深作者Arun Richard Chandrasekaran说

“在这项新研究中，我们表明DNA纳米结构可以等温组装，即在68华氏度（室温）或98.6华氏度（体温）左右的恒定温和温度下组装。通过消除热循环仪或其他花哨的加热设备的使用，这大大简化了纳米结构合成的过程，并为在恒温下组装这些结构在生物和材料科学中的应用开辟了可能性。”

许多DNA纳米结构应用涉及将温度敏感的蛋白质（如酶和抗体）附着到纳米结构上。在中等温度下组装DNA纳米结构，可以更容易地使用这些精细的生物成分构建用于药物输送和诊断的DNA纳米器件

Chandrasekaran说：“重要的是，这项工作使我们更接近于想象这些纳米结构是如何在人体内实际制造和使用的，用于靶向药物输送或精确诊断等。”。“虽然在实现这一目标之前，我们还有很长的路要走，但在体温下展示DNA纳米结构组装是一个有前景的步骤。”

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在之前的工作中，UAlbany团队使用高温方法成功地将钙、钡、钠、钾和锂用于DNA纳米结构组装。在这项研究中，他们将镍和锶添加到列表中，重要的区别在于他们能够在室温和体温下使用这些物质构建DNA纳米结构

在不使用镁和中等温度下组装DNA纳米结构可以提高这些结构在各种应用中的潜在效用。他们还表明，使用这种方法制备的DNA纳米结构对细胞活力或免疫反应没有负面影响，表明它们在生物应用中的潜在用途

Chandrasekaran说：“我们正在进行的研究旨在优化各种金属离子中的纳米结构组装，并测试这些结构在未来各种潜在应用中的生物稳定性。”。“通过DNA纳米结构设计和稳定的创新方法，我们希望这些纳米技术的进步能够为医学及其他领域复杂挑战的新解决方案铺平道路。”

这项工作是Chandrasekaran实验室的合作成果。贡献者包括博士后助理Bharath Raj Madhananopal、研究助理Arlin Rodriguez和Akul Patel、博士生Hannah Talbot以及合作者Andrew Berglund、Sweta Vangaveti和Ken Halvorsen More information: Arlin Rodriguez et al, Counter ions influence the isothermal self-assembly of DNA nanostructures, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu7366. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu7366

Journal information: Science Advances