光镊与DNA纳米技术在膜生物学研究中的应用

生物膜是生命活动中信号传导和物质运输的平台。近年来,多学科的交叉应用为膜蛋白介导的膜融合与分裂、囊泡形成与分泌,以及脂质代谢的调控机制等膜生物学研究带来了新的信息。例如,单分子光镊力谱方法通过精准、定量地检测蛋白与膜的相互作用,为在时空维度上理解这一生物过程的复杂调控机制提供了强有力的手段。此外,DNA纳米技术通过构建纳米尺度可编程的自组装结构,提供了可精确修饰与功能化的分子器件。经过疏水修饰的核酸纳米器件可以作用于磷脂膜或生物膜,进而对膜进行表面改性、诱导形变、控制理化参数以及跨膜通信等调控操作。该领域的进步将为细胞生物学机制研究、分泌囊泡的分析检测、人工脂质体的制备优化、新型分子载具开发以及新型药物开发提供特色的工具手段,并构建新颖的体系平台助力合成生物学、化学生物学以及分子医学的发展。

DNA纳米技术研究进展

DNA不只是遗传物质,还能通过折叠形成特定的二维、三维结构,作为一种天然纳米材料可参与各种功能结构和纳米器件的构造。DNA纳米技术从被提出到现在的三十多年间,得到了飞速发展,被应用于众多领域,对纳米科学产生了重大影响。本文将主要从三种典型的DNA纳米结构和DNA纳米技术的应用两个方面进行综述,并对DNA纳米技术的前景进行展望。

DNA纳米技术与生物医学研究

要是把自然界生命的基因组比作一本百科全书，DNA就是大自然印制这本书所用的“纸张”，而随着DNA纳米技术的开创，DNA又成了科学家们用来制作DNA纳米结构这种“纸手工”的材料。如今，我们能够想象的各种几何形态，从一维的纳米线到二维的平面图形再到复杂的三维几何体。几乎都以DNA分子为材料得到了实现。

DNA纳米技术与合成生物学

合成生物学突破了经典生物学“格物致知”的研究范式,开启了“建物致知”“建物致用”的研究时代。合成生物学是以系统生物学为基础,结合工程学设计,运用现代生物学技术方法,通过构建新的生物体系以揭示生命规律和开发颠覆性技术的交叉学科。以DNA为主要建筑材料进行纳米尺度结构自组装的DNA纳米技术,具有高度可设计性、精确可寻址性、生物亲和性、模块化组装等独特优势,已经成为合成生物学重要的支持技术。本文介绍了利用DNA纳米结构实现核酸、蛋白质、磷脂等生物大分子的有序装配;构建仿生细胞元件(例如核孔、人工膜通道、网格蛋白),生物过程(例如膜融合、脂质转移、成管过程)和生化体系(例如RNA挤出纳米工厂、体外病毒衣壳蛋白合成和凝血系统);及其在药物递送、肿瘤治疗等领域的应用。此外,未来的研究有望通过DNA纳米结构来更好地合成、模拟和调节天然生物体系。例如,如何一定程度恢复和利用DNA纳米结构携载遗传信息的能力;如何提高结构设计复杂性的同时,兼顾人工体系的简单性和生产的高效性;如何扩大生产规模,降低成本;如何在细胞中生产结构并组装。同时,临床应用层面仍有许多亟待解决的问题,比如增加药物的搭载效率,增强结构的靶向性,维持机体中结构稳定性,以及通过修饰进行免疫治疗。DNA纳米技术在合成生物学具有广泛的应用前景,将有助于认识生命本质、模拟生命过程、建立人工体系、开发改变未来的技术。

结构DNA纳米技术应用新进展

DNA具有非凡的分子识别性能和显著的结构特征,这使得它在材料的纳米级调控方面具有独特的优越性,在许多领域也展现出广阔的应用前景。本文从模块化DNA自组装和DNA折纸术两个方面综述了近些年DNA纳米技术,包括近年来DNA纳米技术中比较新型的组装方法;并从DNA纳米结构作为模板定位纳米粒子和蛋白以及用于生物医药等方面介绍了DNA纳米技术的应用;同时,对DNA纳米技术发展及应用进行了展望。

DNA计算与DNA纳米技术

随着后摩尔时代的到来,传统硅基计算机的发展已经濒临极限,人们迫切需要发展新的计算技术满足科技与生活的需要。由于具有超强的并行运算能力和杰出的数据存储能力,DNA计算成为新型计算机技术的一个重要分支和热门研究对象。蓬勃发展的DNA纳米技术为DNA计算提供了新的发展平台。该文首先对DNA纳米技术进行简要介绍,然后按照DNA逻辑门、DNA级联逻辑回路、智能DNA分子机器的顺序对DNA计算的发展进行论述和展望。

DNA纳米技术在生物医学上的应用

可与多学科交叉发展的纳米技术,对生命医学领域的应用具有重大价值。DNA不仅是生命的密码,同时因其强大的编码能力和独特的理化性质,用作构建特定的DNA纳米结构和功能化的动态机器的基石。文章简单介绍了DNA纳米结构的发展,综述了DNA纳米技术在生物医学领域内检测诊断、载药治疗和医学仿生的应用,并对该学科的研究前景进行了展望。

DNA纳米技术新进展

据Han D 2013年3月26日[Science,2013,339（6126）：1412-1415]报道,美国亚利桑那州立大学的研究人员获得了解决一种关键设计难题的新办法,这将能令研究人员生成各种各样的二维和三维结构,从而推动DNA纳米技术新兴领域的发展。

DNA存储技术:挑战与未来

随着全球数据呈现指数级增长,当前的信息存储技术面临维护成本高昂、存储寿命有限等多个缺陷,逐渐无法满足日益凸显的需求。因此,迫切需要引入新的信息存储方法来解决这一问题。DNA作为一种天然的遗传信息载体,具备高存储密度、潜在低维护成本和长寿命等优势,因此被视为一种有潜力的新型信息存储介质。该文对DNA数据存储技术的基本原理和流程进行了概述,并回顾了其历史发展。同时,对当前基于DNA存储的领域仍面临的挑战进行了总结,如缓慢的数据写入和读取速度等,以及应对这些挑战的一些潜在策略。最后,为了满足全球对新存储方法的需求,该文指出了DNA数据存储技术的未来发展方向。

DNA纳米材料用于肿瘤治疗的研究进展

传统的癌症治疗方法仍有很多局限性。随着科学技术的发展,纳米技术的出现为癌症治疗带来新希望。其中,脱氧核糖核酸(DNA)具有高度可编程性、生物相容性、精确的空间控制和协调金属离子的能力等优点,已成为用于生物成像、生物传感和治疗的智能自组装纳米系统的强大工具。近年来,DNA功能化纳米材料快速发展,已经被广泛应用于生物医学研究领域,也为肿瘤治疗带来新希望。本文作者主要综述DNA功能化纳米材料应用于肿瘤治疗的研究进展。

DNA纳米技术与生物编程

DNA纳米技术是设计和构建具有一定用途的人工核酸纳米结构。DNA纳米技术中的一个重要挑战就是如何有效设计和构建具有明确功能的纳米尺度的结构和器件。计算机辅助工具是预测、设计、建模以及描绘DNA结构的最强有力的工具。计算机辅助设计DNA结构以及识别有效的自组装路径让DNA作为一种独特的材料在构建纳米结构领域中显露锋芒。文章总结了DNA纳米结构设计的原理,介绍了一些用于DNA结构设计的算法以及一些用户友好软件。同时,对DNA纳米技术中构建DNA逻辑门以及DNA计算方面的最新研究进展做了介绍。

DNA纳米技术在凝血酶适配体分子设计中的应用进展

DNA纳米技术是纳米生物技术的一个重要研究领域,近年来发展迅猛.通过合理的设计,利用DNA或其他核酸的分子性质构建出可操控的新型纳米尺度的结构或机器,在生物医学应用领域中有广泛应用.本文介绍了利用DNA纳米技术对凝血酶适配体结构合理设计的相关进展.

纳米技术在生物医学中的应用

纳米技术与生物化学、分子生物学整合将对 2 1世纪的生物医学产生深刻的影响。它将利用生物大分子进行物质的组装、分析与检测技术的优化、并将药物靶向性与基因治疗等研究引入微型、微观领域 。

结构DNA纳米新技术的研究现状与应用

综述了结构DNA纳米技术——DNA自组装、DNA折纸术和SST自组装的研究现状,并以郑州轻工业学院校徽设计中引入DNA折纸术构建校徽DNA结构模型、利用SST自组装方法设计构造镂空结构的校徽图形为例,对结构DNA纳米技术予以评析与探讨;鉴于该技术目前主要应用于引导无机纳米粒子精确装配、装备纳米生物芯片以及与微加工技术相结合等方面,提出:纳米电子电路及器件、纳米光电子学、高灵敏度高特异性生物传感器、分子机器人、材料学和纳米医学等领域,将是结构DNA纳米技术应用未来的发展方向.

基于DNA组装的纳米光电技术新进展

新型纳米光电器件需要在纳米尺度实现对光学元件进行精确和可控的空间排列。DNA具有独特的碱基配对识别机制和双螺旋结构,以及制备简单,形状和尺寸均可程序化设计,并可精确定点修饰等优势,因此已经作为模板组装各类超分子广泛应用于纳米光电和纳米医学等领域。DNA组装的光子阵列是将一系列的发色官能团根据设计需要精确定位在DNA模板上,通过多步荧光共振能量转移,完成光子的传递过程。文章主要综述了近年来基于DNA组装的光子阵列取得的新进展,并对以后的发展进行展望。

DNA四面体纳米结构及其在生物技术领域的应用进展

DNA四面体纳米结构是一种通过精确巧妙的DNA序列设计,应用碱基互补配对的原则,由4条单链自动杂交结合而成的具有四面体形状的DNA三维纳米结构。其具有良好的生物相容性和优异的细胞膜通透性,同时制备较为简单且产率高、尺寸以及动态性均可调节,因而在微生物鉴定、医学诊断和生物传感器等领域得到了广泛的研究与应用。基于此,介绍了DNA四面体纳米结构及其功能化修饰,综述了DNA四面体纳米结构在生物技术领域的应用进展,以期为推动DNA四面体纳米结构的研究、拓宽其应用领域提供参考。

DNA自组装技术及其在电离辐射检测中的应用

电离辐射能够造成DNA分子的损伤(如改变碱基、链断裂和分子交联等)、抑制DNA合成和增强DNA分解等,进而会影响DNA自组装技术构建的纳米结构构型的变化,利用这一性质可用于电离辐射的检测。本文主要介绍了DNA自组装技术在结构和动态两方面的最新进展,并对DNA自组装技术在电离辐射检测中的应用,尤其是DNA拼块自组装纳米结构用于α粒子和β粒子辐照的高灵敏检测器等领域的最新进展进行了综述。

DNA四面体纳米材料及其功能化研究进展

DNA四面体纳米材料具有较高的稳定性、良好的生物相容性及易于修饰等优点,在生物传感器、药物输送、生物成像和分离分析等领域得到了广泛的研究与应用。研究人员采用不同的设计方法,将特异性功能分子修饰在DNA 四面体顶点、DNA 四面体笼状结构内部、DNA双螺旋结构内部和DNA四面体边臂等位置,从而将DNA四面体的优势与修饰分子的特异性功能有机结合,实现DNA四面体材料的功能化。本文回顾了DNA纳米技术的发展历程,介绍了DNA四面体纳米材料的4种不同的功能化修饰方法及其研究应用现状,并展望了未来的发展趋势。

简单0-1规划问题的动态DNA折纸计算模型

DNA折纸是一种全新的DNA自组装方法。将一个由DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人组装而成的动态折纸应用于求解0-1规划问题。其中DNA折纸卡槽由1条M13脚手架链和202条钉书钉链折叠而成。双态DNA机器分为不修饰和修饰金纳米颗粒两种情况,对应于0-1规划问题约束变量的取值为0或者1。DNA折纸卡槽和DNA双态机器组装成折纸基底。DNA行走机器人是7条单链折叠成的带有粘性末端的DNA折纸。在链的驱动下,DNA行走机器人在折纸基底上顺时针旋转行走,每步旋转120°。DNA行走机器人每走两步,与折纸基底上的DNA双态机器进行链置换,接收修饰的金纳米颗粒。当整个动态行走过程结束,根据透射电镜下DNA行走机器人接收的金纳米颗粒的大小和个数来判断约束变量的取值是否为可行解。该计算模型采用模块化结构,DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人等折纸均单独设计,且采用透射电镜读解,因而提高了模型实现的可行性。

可控式citZ基因纳米盒的设计与研究

DNA分子具有自我识别的特殊能力,DNA折纸术就是利用这一特性进行核酸纳米材料精准设计和组装的一种新技术。研究者可以利用与DNA脚手架链互补的订书钉链,将长链核酸折叠成与预设模型一致的纳米结构。DNA折纸术最早是2006年由Rothemund提出,一直以来,人们利用M13mp18单链线性DNA进行各种纳米图形的自组装。为了寻找更多的核酸材料进行DNA折纸研究,本文以枯草芽孢杆菌(Bacillus.subtilis 168)cit Z基因序列为研究对象,采用改进的DAEDALUS软件,引入"锁钥"结构设计,利用"从下向上"的方法使DNA分子进行自组装,设计出三维体积为50.71nm×50.71nm×50.71nm的cit Z基因纳米盒,只有遇到可识别的基因和匹配的"钥匙"时,才可能打开盖子,释放盒中的内容物。这种核酸纳米材料还可以通过调节DNA序列长度调节盒子的内部空间,有望成为一种新型的靶向药物运送载体。