微納米尺度限域下的核酸自組裝過程研究

《微納米尺度限域下的核酸自組裝過程研究》是依託華中科技大學，由夏帆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微納米尺度限域下的核酸自組裝過程研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏帆
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

自組裝是生命體系中生物分子活動、演變的一種重要形式，開展模擬生物分子自組裝研究，將促進對生命過程的了解。生物分子自組裝大多是在微納米限域（細胞核等）下進行的，然而，目前對核酸分子組裝的研究多為非限域緩衝液中的非回響性組裝。本項目通過構築尺寸和形貌可控的微米、納米和微納米複合孔道以及設計回響性核酸序列，研究核酸自組裝和解組裝的過程。通過在緩衝溶液中對核酸分子組裝過程中的組裝條件，如溫度、pH值、離子、濃度、組裝時間和有效孔徑的研究，揭示核酸分子在微納米限域下的組裝機制。進而，模擬生命複雜環境，研究干擾因素（小分子、蛋白質、酶、血清等）對組裝過程的影響，通過對序列最佳化和孔道功能化修飾，增加回響性核酸自組裝體系的抗干擾性，並將可控的核酸自組裝體系用於目標分子的檢測、分離、物質的運輸和能量傳遞等問題。本項目的研究結果將為開展生物醫學基礎研究、合成回響性新材料和研製智慧型分子器件等提供新思路。

結題摘要

自組裝是生命體系中生物分子活動、演變的一種重要形式，開展模擬生物分子自組裝研究，將促進對生命過程的了解。生物分子自組裝大多是在微納米限域（細胞核等）下進行的，然而，目前對核酸分子組裝的研究多為非限域緩衝液中的非回響性組裝。鑒於此，本項目系統地研究了微納米尺度限域下（人工納米孔道中）的核酸自組裝過程。首先設計不同的回響性核酸序列，結合雙循環二次方擴增、DNA鏈置換反應、等溫擴增、滾環反應、DNA納米自組裝等策略，以螢光信號、比色信號、電信號等為信號輸出，構建出一批高特異性、高靈敏度的檢測分析平台。其次製備不同形貌的納米孔道，結合介孔納米顆粒、AIE分子及“主客作用”的回響性分子等，將納米孔道套用於藥物釋放和超靈敏檢測。然後在前兩者的基礎上，通過在納米孔道內組裝3D DNA超級分子、修飾序列演變的核酸探針、構建功能化“雙面神”結構環等，探索了孔道核心酸分子的自組裝和解組裝機制、物質運輸和能量傳遞的性質，並將由此構建的體系套用到目標分子的檢測和分離。除此之外，還開發了一系列基於AIE分子的生物/化學感測器，用於檢測端粒酶活性、核酸及離子，藥物輸送與細胞成像系統。最後，本項目還在等溫擴增技術套用於生物感測器、基於納米孔道的生物化學分析、基於等溫放大的端粒酶活性檢測、基於DNA雜交鏈式反應和DNA超級三明治自組裝的超靈敏檢測、基於光學和力學的單分子核酸成像研究進展等方面發表綜述性文章。本項目取得的成果有望為癌症診斷提供新方法，為藥物運輸提供新途徑，為開展生物醫學基礎研究、合成回響性新材料和研製智慧型分子器件等提供新思路。