近日，中国海洋大学王国庆教授团队在AMR发表述评文章“DNA Breathing at the Nanointerface: Molecular Fundamentals and Nanomaterials Applications”，总结了DNA末端呼吸界面纳米材料的基本性质和最新应用的进展。

关键词：DNA呼吸作用（DNA breathing）、碱基对堆叠组装（base-pair stacking assembly）、纳米界面（nanointerface）、纳米器件（nanodevices）

原文提要："Dynamic local DNA base pairing and unpairing within double-stranded (ds) DNA, known as DNA breathing, have recently been presenting a pivotal property with far-reaching implications beyond its transient nature. Especially, DNA breathing at the ends of dsDNA (DNA terminal breathing) has been explored at the interface between nanomaterials and has been found to act as a driving force for modulating colloidal stability, interfacial interactions, and nanoscale directed self-assembly."

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文章内容简介

除了作为遗传信息的内在载体外，DNA还在从传感到纳米制造和纳米器件的各个领域发挥着关键作用。目前，这些应用主要依赖于静态特性，如序列可编程性、杂交能力和化学功能。

本文系统总结了双链DNA末端碱基对的动态开合行为（即“纳米界面的DNA末端呼吸”）在纳米材料界面处的分子机制及其在生物传感、纳米材料自组装和纳米器件构建中的应用。通过调控末端DNA碱基的配对状态，可实现金纳米粒子等材料的可逆组装，进而开发出高灵敏、可视化的生物传感器和智能响应型纳米系统。

作者希望通过揭示纳米界面上的DNA动态呼吸作用这一自然现象，拓展DNA纳米技术在传统杂交策略以外的新思路，开发出更智能、更响应性的功能材料，为生物医学检测、环境监测和纳米机器人等领域的研究提供新思路。

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AMR：请和大家分享一下这个领域

可能会出现的研究机会！

作者团队：

（1）利用机器学习优化DNA序列设计与组装行为预测；

（2）探索对多环境因素（光、热、pH、离子等）同时响应的智能纳米系统；

（3）研究DNA-纳米材料复合体系在活体内的作为药物缓释材料和智能马达等方面的应用。

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AMR：您有何科研心得想分享给读者们？

作者团队：

“学科交叉、跨界合作是灵感和创新的源泉。” 两个看似毫无关联的学科的融合，却也最有可能产生最原创的成果。

作者简介

王国庆  教授

中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所教授。2013年毕业于日本北海道大学，获博士学位，随后在美国加州大学河滨分校（合作导师：殷亚东教授）和日本理化学研究所（合作导师：前田瑞夫）从事纳米界面设计、调控和传感应用研究。先后任日本学术振兴会特别研究员、日本理化学研究所基础科学特别研究员、主持日本若手B科研费和国家自然科学基金、山东省重点研发计划等项目多项，在Chem、Advanced Science等期刊发表高水平论文70余篇，任Nano-Micro Letters期刊的青年编委。目前的研究兴趣为基于核酸纳米材料的生物功能调控与人工进化。

前田瑞夫  教授

1983年博士毕业于东京大学，随后受聘为东京大学工学部合成化学科助手，从事生物高分子的合成与功能研究。1988年，晋升为九州大学工学部合成化学科助教授。1995年，晋升为新设立的生物高分子讲座教授，致力于生物高分子与合成高分子复合物的开发及其在分析化学中的应用。自2001年，任理化学研究所主任研究员，直至2021年。2006年至2022年兼任东京大学大学院新领域创成科学研究科教授。曾任日本文部科学省科研费新学术领域研究“软界面”的领域代表者（2008-2013年）。在JACS等国际著名期刊发表论文300余篇，并荣获多项重要奖项，包括2005年高分子学会奖、2007年文部科学大臣表彰科学技术奖（研究部门）、2009年日本化学会学术奖、2011年日本生物材料学会奖、2014年日本分析化学会奖、2021年日本生物材料科学功绩奖以及2023年高分子科学功绩奖等。

扫码阅读王国庆教授团队的精彩Account文章：

DNA Breathing at the Nanointerface: Molecular Fundamentals and Nanomaterials Applications

Feng Liu, Zhiyu He, Tohru Takarada*, Mizuo Maeda*, and Guoqing Wang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00123

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