En forskargrupp ledd av den avlidne professor Liang Haojun från Hefei National Laboratory for Physical Sciences vid Microscale of University of Science and Technology of China (USTC) har utvecklat en lättillgänglig entalpimedierad strategi för att exakt kontrollera replikeringen och katalytisk sammansättning av DNA -funktionaliserade kolloider på ett tidsberoende sätt, vilket underlättar skapandet av storskaliga beställda nanomaterial. Studien publicerades i Angewandte Chemie International Edition .
Replikering av information är en grundläggande egenskap hos naturen, med nukleinsyror som spelar en avgörande roll i biologiska system. Men att skapa syntetiska system som kan producera storskaliga, tredimensionellt ordnade nanomaterial med hjälp av självreplikerande nanostrukturer har varit en formidabel utmaning.
Befintliga konstgjorda självreplikerande system saknar ofta programmerbar sammansättning till sofistikerade nanostrukturer, vilket begränsar deras potentiella funktioner och tillämpningar.
Forskargruppen tog fram en innovativ lösning för att övervinna de befintliga utmaningarna. Genom att utnyttja kraften i DNA:s specificitet och principerna för dynamisk DNA-nanoteknik har de etablerat ett mallsystem som inkluderar DNA-funktionaliserade kolloidala frön.
Dessa frön parades ihop med ett förenklat DNA-sträng-förskjutningskretsprogrammerat delsystem, som designades för att producera DNA-funktionaliserade kolloidala kopior. Detta system fungerade vid rumstemperatur, vilket eliminerar behovet av komplexa och potentiellt skadliga högtemperaturprocesser.
Den viktigaste innovationen låg i användningen av ett tidsberoende interaktionssystem som kontrollerade replikeringen och den katalytiska sammansättningen av programmerbara atomekvivalenter (PAE). PAE:erna, bestående av kolloidala kärnor funktionaliserade med DNA, kunde känna igen och binda komplementära DNA-strängar genom en process som kallas tåhållningsmedierade strängförskjutningsreaktioner (TMSD).
Detta möjliggjorde kontrollerad frisättning av katalysatorer från mallsystemet, vilket i sin tur initierade replikeringen av PAE-frön och sammansättningen av PAE-kopior till supergitterstrukturer.
Genom programmerad DNA-sammansättning fick inaktiva PAE-kopior gradvis samma klibbiga ändar som PAE-frön, vilket underlättade replikering och efterföljande montering till ordnade supergitter. Viktigt är att systemet visade en anmärkningsvärd noggrannhet när det gäller att känna igen och överföra mallinformation under replikeringsprocessen, vilket säkerställer trohet i reproduktionen av supergitterstrukturer.
Studien öppnar vägar för konstruktion av komplexa, programmerbara, storskaliga tredimensionella kolloidala supergittermaterial, som kan hitta tillämpningar inom områden som sträcker sig från materialvetenskap till bioteknik.
Mer information: Xiaoyun Sun et al, Programmering av superkristaller med hjälp av replikerbara DNA-funktionaliserade kolloider, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202403492
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition
Tillhandahålls av University of Science and Technology i Kina
