银纳米颗粒与DNA折纸技术新进展：简化DNA组装与纳米制造
研究人员开发了一种基于银纳米颗粒的DNA拼接方法，将组装效率提高了2至5倍，并揭示了DNA折纸折叠原理，通过更短的制造时间将产量提高了最多17%。
新研究正在推动DNA结构与制造的发展，日本科学家开发出基于银纳米颗粒的DNA切割与连接方法，而德克萨斯州的研究人员则揭示了使DNA折纸更可靠折叠的设计原理。日本的技术将DNA组装效率提高了2至5倍，并已被证明可在活细胞中工作，而DNA折纸的发现可能使纳米级材料的制造更快、更容易。
银纳米颗粒拼接方法由名古屋大学和岐阜大学的研究人员开发，发表在《Nucleic Acids Research》上。传统的DNA拼接依赖限制性内切酶和黏性末端，但这些酶往往缺乏精确性，产生的连接并不理想。日本团队改用银纳米颗粒的化学反应，借鉴了20世纪90年代的研究，该研究使用银离子切割3′-硫醇修饰的DNA，但因非特异性结合仅获得14%的回收率。通过用纳米颗粒替代离子，研究人员可以通过离心去除银，大大提高了回收率。
最初的尝试面临另一个障碍：实现高切割效率所需的温度和持续时间会损伤DNA。在70°C下，DNA仅达到50%的效率，而在95°C下需要两个小时才能接近100%效率。用聚乙二醇（PEG）包覆银纳米颗粒，在37°C下两小时内将效率从36%提高到92%。经过优化，该团队在50°C下1至2小时内实现了超过91%的切割效率。新技术将DNA组装效率提高了2至5倍。研究人员成功地将DNA片段引入活细胞，证实了绿色荧光蛋白基因的表达。他们的下一个目标包括验证在广泛序列中的可重复性、扩展到更长的DNA、开发试剂盒形式的方案，并将该技术扩展到基因组规模的DNA组装、mRNA文库和编码治疗性蛋白的长链DNA。
在发表在《Small》上的另一项研究中，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员系统分析了设计选择如何影响DNA折纸的折叠，这是一种利用DNA链自组装成可编程形状的技术。通过实时荧光测量、电子显微镜和理论建模，他们确定了决定结构是否正确组装的能量力。折叠取决于有利的DNA结合相互作用与形成环相关的不利能量成本之间的平衡。该团队还发现，“协同性”——结构的不同部分在组装过程中如何相互影响——起着核心作用。减少设计中螺旋间的连接数量可增强协同行为并提高折叠产量，而仅仅增强链间的结合效果较差，因为它引入了熵惩罚。
作为这项工作的一部分，研究人员创造了一个他们认为是有史以来最小的Longhorn标志：一个完全由DNA构成的结构，宽约100纳米，厚约2纳米。它比人类头发丝的厚度小数千倍，一粒沙的体积中大约可以容纳1000万个微型Longhorn。该团队还展示了一项实际改进：通过使用持续1至2小时的更短、更集中的加热和冷却过程，而不是传统的多天过程，他们将组装产量提高了最多17%，并在不到两小时内制造了数百万个拷贝。这些发现为设计更高效、更可靠的DNA纳米结构提供了更清晰的框架，这可能加速其在医学、电子学和材料科学中的应用。