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在生命体中,DNA指导合成蛋白质。韩国高丽大学融合化工系统研究所研究教授马兴毅首次提出,可将DNA分子作为骨架,指导金纳米颗粒的合成,相关成果在2016年发表于《自然·通讯》。最近,马兴毅及其所在团队联合首尔国立大学和美国科罗拉多大学的学者利用DNA分子调控合成出结构预先设计的高灵敏金纳米颗粒,实现了对乳腺癌相关基因中单点突变的识别诊断,相关成果再次发表在《自然·通讯》上并引起纳米材料和医学工程界关注。 利用DNA分子调控合成的高灵敏金纳米颗粒实现基因突变的识别诊断

利用DNA分子调控合成的高灵敏金纳米颗粒实现基因突变的识别诊断

Copyright Springer Nature

【DNA骨架→金】

等离子纳米材料在光学传感领域应用广泛,这类纳米材料可与光相互作用,具有极高的灵敏性和可操作性。其中,金纳米材料具有独特的稳定性和生物相容性,因此常作为基底材料被用于生物医学传感和成像。之前尚没有液相合成法,精确制备出结构预先设计的金纳米颗粒。金纳米颗粒有很多结构,例如纳米棒、纳米多面体、纳米片等,但所有这些结构都是通过添加不同的辅助化学分子(如CTAB),采用试错法并不断积累经验而获得。如果想要合成球面带有一个分枝的颗粒,以上方法都无能为力,更无法合成预先设计的更为复杂的结构。

这一技术瓶颈已利用智能分子DNA得以解决。马兴毅及其所在团队设计DNA分子的结构,进而实现对金纳米生长的调控,控制精度在5纳米以下,整个合成过程在水溶液中进行,所合成的颗粒可直接用于生物医学工程,为世界首创。记者了解到,在最新的研究中,团队将DNA组装在两个金纳米种子之间,控制合成出中间有“桥梁”或者“缝隙”的新型金纳米颗粒,而桥梁长度只有2纳米,对光具有极高的灵敏度,从而实现了对基因中一个位点的突变的检测识别。 利用DNA分子调控合成的高灵敏金纳米颗粒实现基因突变的识别诊断

【金→DNA检测】

基因突变导致很多疾病。基因很庞大,其结构具有自适应能力,某个位点的突变很难被发现。然而,细胞自身可以发现并修复基因突变,这一机制已被科学家发现并获得2015年的诺贝尔化学奖。利用该机制,研究团队将基因错配识别蛋白作为识别工具,将带有纳米桥的金粒作为传感材料,将整个传感尺度缩小到近30纳米。对于该传感尺度,生物分子不再微不足道,各种分子的极微观的信息均可实时读取。由此,研究团队分析绘制出一份可以表征基因突变类型的数据图集,可诊断被测样品中的基因突变。

马兴毅毕业于哈尔滨工业大学,现于高丽大学融合化工系统研究所担任全职研究教授。高丽大学融合化工系统研究所隶属于化学工程与生物工程学院,该专业领域在2019QS世界大学排名第43位。研究所以技术产业化和科研立项为工作重点,马兴毅所在团队主要负责纳米生物技术的研发,具体研究方向包括(1)利用生物分子,制备新型光学纳米材料,用于医学传感和成像,(2)利用微流体芯片筛选靶细胞,将细胞用于高效生物发酵,制备抗肿瘤活性物质,主要成果获得韩国科技部表彰。

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