DNA 纳米材料搭建成功与否的检测新选择

2021.4.20

1960 年，诺贝尔获得者 Richard P.Feynman 在著作《There’s Plenty of Room at the Bottom》中提出纳米技术一词。从那时起，物理学、化学、生物学领域中，纳米水平上的大量研究被突破和发展。纳米技术通常被定义为，可创造纳米级具有全新属性和功能材料的一项技术。

其中，以脱氧核糖核酸（DNA）为基础材料，利用碱基互补配对原则，经过自组装构建具有特定空间构型的纳米级材料—DNA 纳米结构（DNA nanostructure），近年来在化学、材料学、生物医学等相关学科备受关注。这些自组装的 DNA 纳米材料易被编辑，且具有特殊功能化位点或其本身具有某些生物学功能，因而在药物运载、生物传感、生物成像、疾病诊断与治疗等领域具有十分广阔的应用前景。

图一功能核酸的发展历程^[1]

对于 DNA 纳米材料搭建的成功与否，实验室常用检测方法是琼脂糖凝胶电泳和 Polyacrylamide 凝胶电泳。不同浓度的琼脂糖凝胶构成分子筛的网孔大小不同，但其分辨率较低，对小于 50bp 的小片段分离效果较差。Polyacrylamide 凝胶是由 Acrylamide 和 Bis Acrylamide 的相对比例决定网孔大小。由于搭建 DNA 纳米材料的 DNA 单链长度短，因此实验室常使用 Polyacrylamide 凝胶电泳进行构建结果的检测。但 Polyacrylamide 凝胶毒性大，实验步骤繁琐，且需隔离出较大面积的污染区。

随着科技的发展，相关领域实验室可选择台湾 Bioptic 公司推出的 Qsep 系列毛细管电泳仪来进行结果的检测。Qsep 系列毛细管电泳仪采用预制胶卡夹，即插即用、安全无毒；灵敏度可达 pg 级，样品消耗只需 1 微升；仪器简便、易操作。可用于 PCR 产物分析、物种遗传多样性检测、核酸（DNA、RNA）质检、文库（二代、三代）质检等。

以四面体框架核酸（tetrahedral framework nucleic acid, tFNA）为例，其由四条 DNA 单链（寡核苷酸链）搭建成四面体构型。其生物学功能上，具有一定的自主入胞能力；tFNAs 自身对成纤维细胞、软骨细胞、神经干细胞等多种细胞的增殖、迁移均呈现正促进作用。同时，tFNA 作为一种运载体，可以携带核酸适配体、miRNA 等物质进入细胞发挥特定的生物学功能。利用 Qsep 系列全自动毛细管电泳仪可对 tFNA 的搭建结果进行验证。

图二 S1、S2、S3、S4 为搭建 tFNA 的四条 DNA 单链。TDNs 为成功搭建的 tFNA。^[2]

同时，可以基于 Qsep 全自动毛细管电泳仪对四面体如何载运适配体进行区分。适配体在四面体内部的构型，其电泳速度慢于适配体装载在四面体外部的构型。^[3]

图三四面体搭载 Cocaine 适配体

因此，致力于发展功能核酸应用和核酸纳米材料的分子实验室，可选择 Qsep 系列全自动毛细管电泳仪，为科研实验中框架核酸的搭建提供清晰有力的验证。

[1] Xu W, He W, Du Z, et al. Functional Nucleic Acids‐Nanomaterials: Development, Properties, and Applications [J]. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

[2] Ge Y, Tian T, Shao X, et al. PEGylated Protamine-Based Adsorbing Improves the Biological Properties and Stability of Tetrahedral Framework Nucleic Acids [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(31).

[3]Mao X, Liu M, Yan L et al. Programming Biomimetically Confined Aptamers with DNA Frameworks.[J]. ACS Nano, 2020, 14: 8776-8783.

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