上海交大JPCL快讯 | 金纳米棒表面非巯基修饰DNA的高效组装

英文标题：Efficient Poly-Adenine-Tailed DNA Functionalization of Gold Nanorods for Tailored Nanostructure Assembly

通讯作者：张欢、张宏陆（上海交通大学）

作者：Zeyu Chen#（陈泽宇）, Xu Chen#（陈旭）, Bin Zhao（招斌）, Honglu Zhang（张宏陆）*, and Huan Zhang（张欢）*

金纳米棒（AuNRs）在NIR-II区域展现出独特的光学特性，这使它们在纳米探针、传感检测和药物递送等领域具有广泛应用。然而，由于AuNRs表面的CTAB双分子层阻碍了AuNRs与DNA分子的接触，因此DNA在AuNRs表面的功能化变得困难。目前，对于AuNRs的DNA功能化主要依赖于巯基修饰的DNA（SH-DNA），但这种方法成本较高，且难以对表面DNA的密度和分布进行调节，因此迫切需要一种快速、便捷的功能化方法来实现对AuNRs表面DNA的调控。在这一背景下，本文提出了一种新的DNA功能化策略，即利用腺嘌呤与AuNRs的亲和性，成功将非巯基修饰的polyA-DNA组装在AuNRs上，并实现了对表面DNA的密度和分布的精准调控。

近日，上海交通大学张欢课题组在Journal of Physical Chemistry Letters 上发表了关于在金纳米棒（AuNRs）表面快速高效组装polyA-DNA的研究成果。研究人员设计并使用了长度分别为10、15、30、40、50、65和80 nt的polyA-DNA（polyA10-80）与AuNRs进行组装。研究发现，至少需要50 nt的polyA长度才能成功组装在AuNRs表面，并且需要足够的组装比例。通过组装密度的测定和计算，研究人员证实可以通过调节polyA的长度来调控AuNRs表面组装的DNA密度。

图1. DNA-AuNRs的组装示意图，成功的将不同结构的DNA组装在AuNRs上。

基于这一发现，研究人员进一步探究了影响AuNRs构建核-卫星结构效率的因素，包括DNA键密度、力学刚性和价键数量。研究结果表明，由于SH-DNA组装的AuNRs表面DNA分子较为密集，导致DNA难以与其他分子相互作用，限制了更高层次的组装。通过调节不同polyA序列的长度，可精准调控AuNRs表面的DNA分子的组装密度和空间位阻，有助于DNA指导的AuNRs构建更高层次的核-卫星结构。同时，通过增加DNA分子的价键数量，进一步提高了核-卫星结构的构建效率（图2）。

图2. 通过PolyA-DNA调控组装密度进而调控AuNRs核-卫星结构的构建效率。

图3. 通过在DNA结构中增加价键数量调控AuNRs核-卫星结构的构建效率。

总结与展望

综上所述，该研究介绍了一种在AuNRs表面进行无需巯基修饰的DNA功能化的新方法。研究揭示了polyA-DNA成功组装到AuNRs上所需的最低长度为50 nt，并探究了DNA键密度、刚性和价键数量对AuNRs构建核-卫星结构的影响。通过调节这些参数，有效克服了与高DNA密度相关的空间阻碍和静电排斥效应，从而提高了核-卫星结构的构建效率。这一策略填补了在AuNRs表面组装非巯基修饰DNA的研究空白，并为生物传感、疾病治疗、纳米电子学等潜在应用开辟了道路。

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Efficient Poly-Adenine-Tailed DNA Functionalization of Gold Nanorods for Tailored Nanostructure Assembly

Zeyu Chen, Xu Chen, Bin Zhao, Honglu Zhang*, and Huan Zhang*

J. Phys. Chem. Lett., 2024, 15, XXX, 4400–4407

Publication Date: April 16, 2024

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c00326 

© 2024 American Chemical Society

通讯作者信息

张欢，上海交通大学农业与生物学院长聘教轨副教授（PI）。课题组研究方向为框架核酸材料及其在植物与可持续发展等领域的应用。

张宏陆，上海交通大学电子信息与电气工程学院长聘教轨副教授（PI）。课题组研究方向为IT与BT融合，发展可编程生物技术拓展的生命精准感知、人工智能生命构建、DNA存储与计算等应用场景。

（本稿件来自ACS Publications）