Forskere konstruerer et sofistikeret syntetisk system ved hjælp af selvreplikerende nanostrukturer

Et forskerhold ledet af den afdøde professor Liang Haojun fra Hefei National Laboratory for Physical Sciences ved Microscale of University of Science and Technology of China (USTC) har udviklet en let entalpi-medieret strategi til præcist at kontrollere replikationen og den katalytiske samling af DNA -funktionaliserede kolloider på en tidsafhængig måde, hvilket letter skabelsen af ​​ordnede nanomaterialer i stor skala. Undersøgelsen blev offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition .

Replikation af information er et grundlæggende kendetegn ved naturen, hvor nukleinsyrer spiller en afgørende rolle i biologiske systemer. Men at skabe syntetiske systemer, der kan producere storskala, tredimensionelt ordnede nanomaterialer ved hjælp af selvreplikerende nanostrukturer, har været en formidabel udfordring.

Eksisterende kunstige selvreplikerende systemer mangler ofte programmerbar samling i sofistikerede nanostrukturer, hvilket begrænser deres potentielle funktioner og anvendelser.

Forskerholdet udtænkte en innovativ løsning til at overvinde de eksisterende udfordringer. Ved at udnytte kraften i DNA's specificitet og principperne for dynamisk DNA-nanoteknologi har de etableret et skabelonsystem, der inkluderer DNA-funktionaliserede kolloide frø.

Disse frø blev parret med et forenklet DNA-streng-forskydningskredsløb programmeret delsystem, som var designet til at producere DNA-funktionaliserede kolloide kopier. Dette system fungerede ved stuetemperatur, hvilket eliminerer behovet for komplekse og potentielt skadelige højtemperaturprocesser.

Den vigtigste innovation lå i brugen af ​​et tidsafhængigt interaktionssystem, der kontrollerede replikationen og den katalytiske samling af programmerbare atomækvivalenter (PAE'er). PAE'erne, bestående af kolloide kerner funktionaliserede med DNA, var i stand til at genkende og binde komplementære DNA-strenge gennem en proces kendt som tåholdsmedierede strengforskydningsreaktioner (TMSD).

Dette muliggjorde den kontrollerede frigivelse af katalysatorer fra skabelonsystemet, hvilket igen igangsatte replikationen af ​​PAE-frø og samlingen af ​​PAE-kopier til supergitterstrukturer.

Gennem programmeret DNA-samling fik inaktive PAE-kopier gradvist de samme klæbrige ender som PAE-frø, hvilket letter replikation og efterfølgende samling til ordnede supergitter. Det er vigtigt, at systemet demonstrerede bemærkelsesværdig nøjagtighed i genkendelse og transmission af skabeloninformation under replikeringsprocessen, hvilket sikrede troskab i reproduktionen af ​​supergitterstrukturer.

Undersøgelsen åbner muligheder for konstruktion af komplekse, programmerbare, storskala tredimensionelle kolloide supergittermaterialer, som kan finde anvendelser inden for områder lige fra materialevidenskab til bioteknologi.

Flere oplysninger: Xiaoyun Sun et al., Programmering af superkrystaller ved hjælp af replikerbare DNA-funktionaliserede kolloider, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202403492

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition

Leveret af University of Science and Technology of China