樊春海课题组Nature Materials：在单链DNA编码“纳米”分子反应取得重要进展

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上海交通大学化学与化工学院樊春海团队发展了一种用单链DNA编码金纳米粒子的方法，并实现了动态“纳米”分子反应。该方法通过设计一条多嵌段的单链DNA序列，可以赋予金纳米粒子类似原子的离散价态和正交价键。这些“纳米”原子则可通过DNA分子反应组装成各向异性的“纳米”分子，并进而产生“纳米”分子反应。该工作以“Programming nanoparticle valence bonds with single-stranded DNA encoders”为题于Nature Materials 在线发表（https://www.nature.com/articles/s41563-019-0549-3）。姚广保、李江、李茜和陈晓亮为论文的共同第一作者，樊春海与荷兰格罗宁根大学Bernard L. Feringa为共同通讯作者。

       对微观尺度的分子或材料进行精确的动态调控，体现了人类对微观世界的认知与操控能力。然而，对纳米粒子的精确动态调控仍然充满挑战。在生物体中，生物分子机器具有极为精巧的结构并受到严密的时空调控，而这些复杂结构的时空排布信息是由一维的DNA分子序列所编码而成的。受此启发，该团队提出利用多嵌段的单链DNA序列来编码金纳米粒子表面的价键信息，进而构建具有离散价态与正交价键的“纳米”原子。以这些“纳米”原子为基元，可以通过正交的DNA配对自组装形成具有精确颗粒数和各向异性的“纳米”分子。而这些“纳米”分子在合成后仍然具备可重排的能力。因而，利用DNA链取代反应，可以引发动态的“成键”与“断键”，模拟加成、分解、置换和复分解等多种基本化学反应。他们还基于这一体系设计了 单颗粒逻辑门，并集成为投票机”逻辑电路。当多数输入信号为正（“赞成票过半”）时，“纳米”分子解离；当只有少数信号为正时，“纳米”分子不发生解离反应。这些精确组装而具有动态响应能力的纳米“原子”和“分子”有望应用于生物智能诊断与治疗等领域。



       DNA编码文库，又称DNA编码化合物库（DNA Encoded Library，简称DEL）合成与筛选的概念最早由美国Scripps研究院的Sydney Brenner（2002年诺贝尔生理与医学奖获得者）和Richard Lerner（时任Scripps研究所所长）于1992年提出。DEL技术是组合化学和分子生物学的完美结晶，并在高通量测序技术的迅速发展下得到了巨大的推动，使得先导化合物的筛选变得前所未有的快捷和高效。
       樊春海，上海交通大学教授，中国科学院院士。主要从事核酸分析化学、DNA纳米技术、生物光子学方面的研究。至今累计在Nature、Nature子刊等发表SCI论文300余篇（引用约3万次，H因子87）。已申请8项美国、国际专利和50余项中国专利。美国科学促进会会士(AAAS)、美国医学与生物工程院(AIMBE)、英国皇家化学会会士(RSC)、国际电化学学会会士(ISE)、全球高被引科学家、国家自然科学二等奖、上海市自然科学一等奖、美国化学会测量科学进展讲座奖、第十二届中国青年科技奖、中国科学院杰出青年科学家奖、国家万人计划领军人才、“百千万人才”国家级人选、中国分析测试协会科学技术奖一等奖、上海市领军人才等。