文章重要内容

     华东师范大学方维娜研究员团队以24螺旋DNA折纸为模型体系，通过构建骨架环-末端单链刷复合的末端钝化策略，解决了DNA折纸结构的非特异性聚集问题，实现了DNA折纸的高单分散性自组装。

文章背景

     DNA折纸术利用一条长长的单链DNA作为“骨架”，再通过数百条短DNA“订书钉链”精准配对，像拼图一样折叠出各种二维或三维的纳米结构。这种技术可以制造出比头发丝还细几千倍的微小器件，在疾病检测、纳米光学甚至精准药物递送等领域有着巨大的应用潜力。不过，DNA折纸在组装过程中也容易发生“非特异性聚集”——不同的折纸结构错误地粘在一起，影响最终效果。针对聚集问题，当前钝化策略主要包括骨架环和末端订书钉链延伸两种路径。但前者可能诱发非预期碱基配对，而后者虽可抑制碱基堆积，但目前尚缺乏对单链刷的碱基序列组成及最优长度等参数的系统研究。因此，系统研究并优化DNA折纸的组装条件和末端钝化策略，对于实现DNA折纸结构的高效组装与高单分散性具有十分重要的意义。

文章概述

      最近，华东师范大学方维娜研究员团队以24螺旋 (24-helix bundles，24HB) DNA折纸为模型体系，通过优化折纸的组装条件和末端钝化策略，解决了DNA折纸结构的非特异性聚集问题。首先，该研究团队系统考察了3种Mg²⁺浓度 (12.5、14.0、16.0 mmol/L) 以及热退火时间 (17、35、42 h) 对24HB DNA折纸折叠效率的协同影响。通过系统优化，确定14.0 mmol/L Mg²⁺浓度配合35 h退火时间为24HB DNA折纸组装的最优条件，获得了单分散性为78%、结构完整性达96%的目标产物(图1)。

图1 24HB DNA折纸的退火动力学及Mg²⁺浓度梯度研究。(a) 24HB DNA折纸组装示意图; (b-d) 在12.5 mmol/L Mg²⁺浓度下，不同退火时间 (17、35、42 h) 的AFM表征；(e-g) 在14.0 mmol/L Mg²⁺浓度下的AFM表征; (h-j) 在16.0 mmol/L Mg²⁺浓度下的AFM表征(比例尺：100 nm)。

     在此基础上，该团队进一步研究了末端单链刷修饰和骨架环设计两种策略对24HB DNA折纸单分散性的影响。结果表明，在24HB DNA折纸单末端修饰聚T (4 nt或7 nt) 单链刷可显著提升体系单分散性，其中7 nt单链刷的分散效果优于4 nt。双端骨架环设计 (单分散性72%) 优于单端骨架环设计 (42%)，其效果与7 nt单末端聚T单链刷 (78%) 相当 (图2)。

图2 (a) 24HB DNA折纸的末端单链刷修饰示意图; (b) 单端骨架环设计示意图; (c) 双端骨架环设计示意图。

最后，该团队在双端骨架环结构的基础上，构建骨架环-末端单链刷复合策略，通过比较3种不同单末端单链刷序列 (PolyT序列、S5b随机序列和PolyA序列) 对24HB DNA折纸组装的调控效果，发现PolyA序列展现出最优异的抗聚集性能 (单体产率>80%)。进一步引入双末端PolyA单链刷，成功使得24HB DNA折纸的单分散性提升至87% (图3)。

图3 骨架环-双末端PolyA单链刷对24HB DNA折纸组装的影响。(a) 骨架环-双末端PolyA单链刷示意图; (b) 24HB DNA折纸的AFM表征; (c) 24HB DNA折纸的单分散性评估(n=200，比例尺：100 nm)。

该研究不仅建立了DNA折纸高纯度制备的标准化方案，更为单分散性DNA纳米结构的精准组装提供了普适性设计准则。论文第一作者为华东师范大学硕士生郭小芳，通信联系人为方维娜研究员。

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