折纸术

本报讯 把它当作是可以救命的折纸吧!一张纸就可以转变成一个个性化的诊断工具包——所需要的仅是一台喷墨式打印机和一些叠好的折纸。　　这项工具由英国科技企业剑桥顾问公司研发，该系统可以测试用于医疗的体液，覆盖范围包括从流感到心脏病，它可以让诊断人群患病风险变得更加简单、经济。　　它将会革新人们对诸如埃博拉等疾病的处理方法，该公司诊断事务部负责人John Pritchard说：“当流行病发生时，它不会让要做的测试越积越多，而是无论何时，当一种疾病来袭时，你都有一种可以快速生产并迅速铺开的工具。”　　打印机通过把测试模块应用到纸面上的一种特殊模式发挥作用。这些模块可以根据要检测的疾病种类进行改变，比如电子设备以及更复杂的光学设备可以被打印到一张多孔的渗透纸上，这张纸可以被折叠成标准的检测用圆柱体形状。　　各种测试模块随后可以用于读取流过事先打印的通道的生物学样本的信息，并且让诊断结论被连接至一台计算机或是移动设备上，实现即时诊断。　　据悉，该公司将在本月底举行的美国临床学会年会上展示该研究成果的原形，从而寻找合适的搭档以生产最终的产品。“在我们最终实现合格的测试产品之前，可能还需要18个月~2年的项目研究。”Pritchard说。该公司的终极目标是让相关成本低至每个打印测试工具包仅有几便士。

p span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong span style=" font-size: 18px " 前言 /span /strong /span /p p style=" line-height: 1.5em " 　　DNA折纸术是最近十多年流行起来的纳米合成的高级玩法。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　北京时间2018年7月17日凌晨，Nature在线发表了来自中国科学院上海应用物理研究所、上海交通大学和美国Arizona State University等多家科研单位合作的成果，作者受自然界广泛存在的硅藻启发，成功地实现了具有SiO sub 2 /sub 层包覆的DNA折纸纳米组装策略(Nature, 2018, doi:10.1038/s41586-018-0332-7)。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 第一作者 /span ：Xiaoguo Liu, Fei Zhang, Xinxin Jing /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 通讯作者 /span ：Hao Yan和樊春海 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 第一单位 /span ：中国科学院上海应用物理研究所 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/65a91c76-9779-44bd-849d-01aebd0aef9c.jpg" title=" QQ截图20180717103638.png" / /p p span style=" font-size: 18px color: rgb(255, 0, 0) " strong span style=" font-size: 18px " 课题背景介绍 /span /strong /span /p p style=" line-height: 1.5em " span style=" font-size: 18px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp span style=" font-size: 16px " DNA的双螺旋结构，因为四个碱基单元特异性配对，两条单链的独特结构，这使得DNA的自组装玩出了很多高级花样。 /span /span /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " span style=" font-size: 16px " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/ae291e3f-d5c2-48a0-8ac8-781449b93126.jpg" title=" 微信图片_20180717101902.jpg" / /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " 2006年DNA二维折纸术的横空出世(Paul W. K. Rothemund， Nature 2006, 440, 297) /span /p p style=" text-align: center " br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/fb8ee97e-6e1d-42f2-ad59-e47b2ae12861.jpg" title=" 微信图片_20180717101906.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " 2017年DNA产生的二维折纸，已经到达了微米级。借助于编程，可以产生蒙娜丽莎的微笑。(Tikhomirov, G. et al. Nature(2017) 552, 67.) /span /p p span style=" color: rgb(0, 0, 0) " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 还可以这样玩： /span span style=" color: rgb(31, 73, 125) " br/ /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/2558ca78-6e18-4803-8864-89c5df940c07.jpg" title=" 微信图片_20180717101910.jpg" / /span /p p style=" text-align: center " span style=" font-size: 14px color: rgb(31, 73, 125) " DNA折纸的中国地图图样，(QIAN Lulu等, Chinese Science Bulletin 2006 Vol. 51 No. 24 2973—2976) /span /p p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 虽然图样控制已经接近随心所欲的水平，但是DNA纳米技术还需要找到合适的应用出口。与氧化物的复合是一种理想的策略。但是 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " strong DNA折纸得到的纳米结构需要很高的离子浓度(如Mg)以维持稳定，这使得其它组分在DNA组装体的进一步沉积变得困难 /strong /span 。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　今天这篇Nature 文章在实现DNA表面的包覆SiO2层可控的包覆的同时，依然保持着DNA的复杂组装图案，并有效提高组装体的稳定性，作者将这种新的DNA折纸玩法称为：DNA硅化折纸术，DNA origami silicification (DOS)。 /p p style=" line-height: 2em " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong span style=" font-size: 18px " 全文亮点 /span /strong /span /p p style=" line-height: 1.5em " 　　1. 基于分子动力学模拟的结果，将两种硅和磷酸前躯体的预先团聚策略，使得硅源成功地沉积到DNA骨架的表面中，实现了DNA-SiO2的复合结构构筑。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　2. 利用此策略，基于各种DNA折纸模板，合成了一维、二维和三维的多层级纳米组装体，其尺寸在10到1000nm。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　3. 无定型SiO2层厚度可随生长时间调节。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　4. DNA-SiO2的杂化结构稳定性提高十倍。 /p p style=" line-height: 2em " span style=" font-size: 18px color: rgb(255, 0, 0) " strong 图文快解 /strong /span /p p style=" line-height: 2em text-align: center " span style=" font-size: 18px color: rgb(255, 0, 0) " strong img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/45a432ae-823a-4f1b-be92-819f84268954.jpg" title=" QQ截图20180717103936.png" / /strong /span /p p span style=" font-size: 14px color: rgb(31, 73, 125) " span style=" font-size: 16px color: rgb(0, 0, 0) " /span /span /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em " span style=" font-size: 14px color: rgb(31, 73, 125) " 图1 DNA硅化折纸术，DNA origami silicification (DOS)的实现示意图。 /span /p p style=" line-height: 1.5em " 　　要点：分子动力学模拟启发，TMAPS和TEOS两种前躯体预先组成小团簇，然后就可以沉积于DNA组装体的表面。 /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/30b14b15-aa47-406a-a25c-9267fd46cf50.jpg" title=" QQ截图20180717103959.png" / /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " 图2 DOS组装体的几何结构控制。 /span /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/535924d4-8dc4-4a7c-9b48-7b9904386aa4.jpg" title=" QQ截图20180717105304.png" / /span /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " 图3 复杂结构也无压力 /span /p p style=" line-height: 1.5em " 　　要点：EDS显示Si/O/P的均匀分布。 /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/937c9812-814c-49df-a0f7-9e5ce7c32ca4.jpg" title=" QQ截图20180717105425.png" / /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) font-size: 14px " 图4 DOS结构的纳米机械性能。 /span /p p style=" line-height: 1.5em " 　　要点：a，五天的硅化反应后，DOS三角形的杨氏模量比传统的DNA折纸结构提高十倍。c，利用AFM tip挤压DOS四面体考察其变形性。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　f：将两个Au纳米棒组装到四面体的两条棱边上，硅化的DOS组装体刚性更好。 /p p style=" line-height: 1.5em " br/ /p p style=" line-height: 1.5em " 　　总而言之，考虑到SiO2-DNA复合结构可以当做更好的三维载体，这项工作最终可能在新的光学系统、半导体纳米组成、纳米电子、纳米机器人和包括药物输送在内的医疗应用领域具有广阔的应用前景。 /p p style=" line-height: normal " span style=" font-size: 14px color: rgb(31, 73, 125) " br/ /span br/ /p p br/ /p

作为一种天然的生物大分子，DNA不仅是生命的密码，还可作为制造纳米级构件和机器的通用元件。由于DNA的尺寸为纳米级别，具有刚性结构、编码性强的特点，于是，DNA纳米技术的研究者利用DNA分子的自组装特性，根据核酸碱基互补配对的作用，设计并在试管中构造出精确而复杂的、纳米级精度的有序结构。这一新兴的领域被称为DNA折纸技术，科学家使用比头发丝还细一千倍的DNA和RNA等核酸分子，折叠、自组装成复杂的结构。 日前，上海交通大学的樊春海教授、中科院上海应用物理研究所的李宾研究员和胡钧研究员等人联合在《NatureCommunications》发表题为“Capturingtransient antibody conformations with DNA origamiepitopes”的文章，报道了一种三角形的DNA折纸骨架，其具有特定位置的锚定和空间组织的人工表位，可在室温下捕获免疫球蛋白Gs(IgGs)的瞬时构象。其中，DNA折纸表位(DOEs)允许表位瞬间的程序化空间分布，从而可以使用原子力显微镜(AFM)对功能复合物进行直接成像。 在本文中，作者建立了IgG亲和力对单分子水平上3-20nm内表位横向距离的关键依赖性。瞬时构象的高速AFM成像进一步为在单一事件中从单价到二价的IgG亲和力提供了结构和动态证据，这为包括病毒中和、诊断检测和癌症免疫疗法在内的各种应用提供了非常创新的思路和研究方法。 图1：基于DOE的IgGs捕获 图2：HS-AFM表征DOE限制的IgG构象灵活性和Fab-Fab距离 图3：IgG与DOEs结合的动力学 图4：引起IgG亲和力的工程DOEs 综上所述，作者设计了DOEs，通过利用DNA折纸技术的空间可寻性来模拟表位在病毒颗粒上的距离分布。DOEs的定位能力和刚度使IgG能够在室温下冻住，以便在单分子水平对瞬时的功能性IgG结合构象进行高分辨率成像。通过对DOEs上抗原决定簇横向距离的可编程控制，可以精确确定抗原决定簇与抗原决定簇之间的亲和力。此外，该DOE平台还支持HS-AFM和smFRET分析，以探测DOE上单个IgG结合的动力学。研究发现IgGs可以响应从短到长的表位距离，采取从高紧密度到远距离伸展的灵活构象。重要的是，当两个表位间隔约10nm时，二价IgG的结合动力学和效率最高。总之，DOEs的可设计性和可编程性提供了一种直观的方法来模仿病毒表位的分布。因此，DOEs不仅增加了在单分子水平上理解Ab-Ag相互作用的设计空间，而且为免疫工程提供了潜在的强大平台。 DNA折纸表位(DOEs)的制备需要精密的工艺，需要进行准确的浓度确定后，方可进行抗体结合的相关表征及动力学研究。而文中DOEs的浓度确定即由德国ImplenNanophotometer® 超微量分光光度计完成。 我们非常荣幸能够服务于国内顶级的科研机构，助力用户完成开拓性的成果，这也是Nanophotometer® 的实力展现和价值体现。独特的样品压缩技术、无需校准的光程设计、以及高性能的NPOS操作系统，可以加速您的研究进程，获得可靠的、一致的结果。有关Nanophotometer® 的详细信息，欢迎咨询Implen中国以及各地合作伙伴。 Implen GmbH因普恩（北京）国际贸易有限公司