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一种新型光敏双传感器，用于同时检测核酸和小分子化学物质
摘要： 能够快速、特异性检测核酸和化学分子的传感器，可通过在常规医疗中利用分子级信息，彻底改变疾病的诊断和治疗方式。本研究展示了一种新型双传感器，可同时检测任何核酸及能找到或合成其结合适体的化学分子。在该双传感器中，专门设计的PTG分子（一种携带光异构偶氮苯基团、苏氨酸醇末端和胍基末端的感光偶氮苯衍生物）被引入两个T7启动子的解链区，同时在两个T7启动子上游设置两个DNA气泡。无目标物时，由于PTG分子通过整合DNA双链，使得与RNA聚合酶（RNAPs）的结合无法解开指示基因的T7启动子，该双传感器中的指示基因不会表达，从而显示目标核酸和化学分子的缺失；而当存在目标核酸和/或化学分子时，扩大的DNA气泡有助于两条DNA链分离，使包含在扩大DNA气泡中的T7启动子可被结合的RNA聚合酶解链并转录，从而表达指示基因，显示目标核酸和/或化学分子的存在。
关键词： 核酸、DNA解链、基因表达、DNA纳米技术、双传感器
更新于2025-09-23 15:23:52
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膜辅助的DNA折纸术停走扩散与晶格组装的单粒子追踪与超分辨率成像
摘要： DNA纳米结构因其纳米级精确的形状可配置性和多样的生化功能性，为模拟功能性生物膜组分提供了可能。我们在此展示，DNA纳米结构的扩散行为及其组装成更高阶的膜结合晶格可以以"走走停停"的方式被控制，且该过程可通过超分辨率成像进行监测。通过改变周围缓冲液中单价和二价阳离子的浓度，这些DNA结构可在玻璃支撑的脂质双分子层上实现瞬时固定。利用DNA-PAINT超分辨率显微镜，我们证实了不同形状的DNA折纸结构的固定效果。相比之下，在云母支撑的脂质双分子层上则观察到残余运动。当提高NaCl浓度并耗尽MgCl2时，大部分DNA结构会在两种基底上重新开始自由扩散。在加入一组能使三个Y形单体组装成三足形状（三脚架）的寡核苷酸后，这些三脚架结构可被固定并进行超分辨率观测。通过更换缓冲液并添加另一组寡核苷酸，可触发三脚架结构扩散并组装成六边形二维晶格。这种"走走停停"的成像技术为控制和观察DNA纳米结构在脂质膜上的扩散行为提供了方法，未来或可用于调控膜相关货物运输。
关键词： 单粒子追踪、DNA折纸术、扩散、超分辨率显微镜、脂质膜、DNA纳米技术
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于单链瓦片自组装与DNA链置换的荧光共振能量转移光子电路
摘要： 结构化DNA纳米技术在制造复杂纳米结构及具备生物传感与逻辑功能的器件方面具有巨大潜力。过去数十年间已构建出多种预设形状的纳米结构，但其应用价值仍有待深入研究。本研究展示了一种基于自组装、空间可寻址单链瓦片（SST）纳米结构的新型生物信息处理系统——该DNA纳米操控平台通过SST自组装技术构建。利用DNA链置换技术，预装在该纳米操控平台中的荧光染料可从初始位置转移至目标位点，通过FRET信号级联实现光子逻辑电路（包括逻辑与门、或门和非门）。该转移过程已通过可视化DSD软件成功验证。本研究所提出的转移机制可为设计基于SST纳米结构的复杂生物信息处理系统提供新方法，并有望进一步用于体内药物分子的智能递送。
关键词： 单链瓦片、智能递送、荧光共振能量转移、DNA纳米技术、光子逻辑电路、DNA链置换
更新于2025-09-23 15:22:29
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DNA纳米结构与动态过程的光学成像研究综述
摘要： 本文综述了用于表征自组装DNA纳米系统的光学成像方法最新进展，重点介绍了超分辨荧光显微镜技术。目前已开发出多种先进策略，以获取复杂DNA纳米几何结构的精确详细图像，并对动态过程中的分子运动进行精准追踪。我们展示了包括定位显微镜和光谱成像在内的最先进仪器与成像策略，探讨了它们在生物学研究和生物医学应用中的使用情况，同时阐述了当前挑战与未来展望。总体而言，本综述为DNA纳米技术领域提供了光学显微镜实践指南。
关键词： 超分辨率显微镜、荧光显微镜、光学成像、DNA纳米结构、DNA纳米技术
更新于2025-09-23 15:21:21
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热等离子体触发的负载从DNA修饰水凝胶微胶囊中释放，该微胶囊功能化有金纳米颗粒或金纳米棒
摘要： 开发了一种由葡萄糖胺-硼酸酯复合物交联水凝胶壳层与双链核酸构成、负载染料或药物并功能化金纳米颗粒（Au NPs）或金纳米棒（Au NRs）的微胶囊。照射Au NPs或Au NRs可引发微胶囊的热等离子体加热效应及核酸交联剂的解离。双链核酸交联剂的分离导致水凝胶壳层硬度降低，从而释放负载物。关闭光诱导的等离子体加热后，刚性水凝胶壳层再生以?；の⒔耗遥瓒鲜头殴?。该研究展示了四甲基罗丹明-葡聚糖、德克萨斯红-葡聚糖、阿霉素-葡聚糖（DOX-D）或喜树碱-羧甲基纤维素（CPT-CMC）从微胶囊中的热等离子体释放。通过负载两种不同药物（DOX-D和CPT-CMC），证实了光控剂量释放效果。细胞实验表明，Au NPs/DOX-D或Au NRs/DOX-D微胶囊能有效渗透MDA-MB-231癌细胞，但MCF-10A上皮乳腺细胞摄取效率较低。细胞毒性实验显示，相较于MCF-10A细胞，该微胶囊对MDA-MB-231癌细胞具有选择性热等离子体诱导的细胞毒性。此外，在λ=532或910 nm波长光照下，功能化的Au NPs和Au NRs微胶囊对MDA-MB-231癌细胞也表现出选择性细胞毒性。
关键词： 阿霉素、细胞毒性、DNA纳米技术、等离子体、可切换药物释放
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过逐层工艺制备具有可调等离子体特性的三维纳米粒子组装体
摘要： 近期，DNA已成为纳米粒子可控组装的设计材料。沃森-克里克碱基配对的独特可编程性通过特异性相互作用为组装提供了无限控制可能。与此同时，依赖非特异性相互作用（如逐层自组装技术）虽能实现简易组装，但可控性有限。本研究通过逐层自组装方式组装DNA封端的金纳米粒子，将这两种方法相结合，提出了一种构建大规模三维纳米粒子组装体的简便稳健方法，其等离子体特性可轻松调控。通过改变DNA配体和纳米粒子核尺寸，我们精细调节了三维纳米粒子组装体的形貌。掠入射X射线散射证实，这些形貌变化实现了对三维纳米粒子组装体等离子体行为的调控。该形貌还可通过水蒸气诱导溶胀实现实时改性，从而动态调控光学特性。本研究将DNA配体引入逐层自组装方法，赋予了该过程此前其他纳米粒子配体无法实现的调控性，为创建多种组分的发光活性材料提供了平台。
关键词： 逐层组装、等离子体学、DNA纳米技术、纳米粒子组装
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过可编程团簇组装实现偏振单粒子量子点发射器
摘要： 尽管纳米级发射体的荧光特性和寿命可通过等离子体材料进行调控，但由于对发射体环境要求严苛，其偏振控制更为困难。要实现纳米级发射体的偏振可控，必须具备纳米级精度的三维纳米结构构建能力。本研究展示了一种基于DNA自组装方法，能成功将纳米级荧光发射体与金属纳米颗粒组装成具有偏振发射特性的预设三维异质团簇结构。八面体DNA折纸框架作为可编程支架，引导异质纳米颗粒组装成特定团簇。通过位点特异性DNA编码，我们对框架内部空间与外部连接进行编程，使球形量子点（QDs）与金纳米颗粒（AuNPs）协调形成异质团簇结构。采用原位与非原位结构表征方法，我们证实并解析了这些结构的组装过程。单团簇光学探测显示，这些团簇纳米器件沿QD-AuNP纳米团簇轴向呈现等离子体诱导偶极偏振发光。此外，通过团簇设计可调控其发射特性。通过系统研究，我们在单发射体层面建立了团簇结构、取向与偏振发射之间的关联规律，且观测到这些团簇的光学行为与理论预测高度吻合。该方法为利用高度可定制的DNA组装平台，理性构建具有可控偏振输出的纳米级三维发射器件奠定了基础。
关键词： DNA纳米技术、偏振、荧光、量子点、纳米颗粒团簇、自组装
更新于2025-09-12 10:27:22
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旋转等离子体纳米时钟
摘要： 纳米光子学面临的核心挑战之一在于实现对纳米尺度光学元件的精准控制。其精确的时空排布决定了元件间的相互作用与集体行为。为此，DNA纳米技术被用作前所未有的工具，用以构建具有卓越空间可寻址性与时间可编程性的纳米光子器件。然而当前大多数DNA组装的纳米光子器件仅能在随机状态或极少数预设状态间重构。本研究展示了一种DNA组装的旋转等离激元纳米时钟系统：其中转子金纳米棒能相对于定子金纳米棒实现定向且可逆的360°旋转，在DNA燃料驱动下可在16种明确构型间转换。该全周旋转过程通过光谱技术实时监测。我们进一步证实了由DNA酶- RNA相互作用驱动的等离激元纳米时钟自主旋转。此类组装方法为完全自下而上构建先进纳米光子系统开辟了可行途径。
关键词： DNA纳米技术、纳米光子学、DNA酶-RNA相互作用、等离子体纳米时钟、金纳米棒
更新于2025-09-11 14:15:04