寧波材料所在精準三維DNA晶體自組裝研究方面取得進展
隨著DNA納米技術的飛速發(fā)展，生物分子自組裝的精準控制成為科學界關注的焦點，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納米技術面臨的挑戰(zhàn)。近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進診療材料與技術實驗室新型藥物制劑材料與技術團隊聯(lián)合紐約大學團隊，提出了一種基于微流控技術的精確DNA晶體自組裝策略，成功實現(xiàn)了單分散三維DNA晶體的高精度自組裝，為納米材料設計與醫(yī)療應用開辟了新路徑。
該研究利用微流控技術制備的雙乳液微滴作為納升級微反應器，在嚴格受控的微環(huán)境中進行DNA晶體的生長調(diào)控，實現(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用奠定了基礎。
研究團隊利用微流控技術精確調(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為DNA晶體的規(guī)?；a(chǎn)奠定了基礎，不僅推動了DNA納米技術的發(fā)展，也為生物傳感、靶向藥物遞送及可編程生物材料等領域的應用提供了新的可能。
該成果以“Precision Self-assembly of 3D DNA Crystals Using Microfluidics”為題發(fā)表在化學領域頂級期刊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教授Ruojie Sha為通訊作者。本研究獲中國國家自然科學基金（22307124、U24A20377、82402141）、國家重點研發(fā)計劃（2023YFC2706100）及美國國家科學基金會（GCR-2317843）等的支持。
雙乳液滴內(nèi)3D DNA晶體的高精自組裝
（先進診療材料與技術實驗室? 陳旭根）