樊春海、左小磊团队在框架核酸分子机器研究中取得重要进展

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上海交通大学樊春海、左小磊团队发展了一种基于框架核酸的分子机器，这些框架核酸分子机器通过机械形变诱发荧光变色，可对细胞单囊泡神经递质释放过程中的运动行为进行实时监测。该成果近日发表于《科学·机器人学》（Science Robotics）。
        近年来，设计具有环境响应性的动态分子机器，特别是能够在细胞环境内执行复杂任务的分子机器具有很大的挑战。目前一些常规环境响应性材料，例如小分子染料、量子点等，存在信噪比低、材料泄漏率高等问题，难以实现对细胞内复杂生物学过程（例如突触囊泡的递质释放过程）长时程全过程监测。

框架核酸分子机器

框架核酸分子机器

       针对这一挑战性问题，研究团队提出了基于四面体框架核酸的机械形变诱发荧光变色的新原理，研制出了一种模仿章鱼的框架核酸动态变构分子机器（上图）。机械形变诱发荧光变色有效提高了荧光变色的信噪比，使得该分子机器能够分辨出瞬时融合（kiss and run）以及完全融合（full-collapse fusion）两种典型的释放过程。另外，这种分子机器的尺寸在3-45纳米之间可以进行程序化设计，研究发现，边长尺寸为10纳米的分子机器，具有最低的泄漏率，为实现突触囊泡递质释放全过程监测奠定了技术基础。
该方法通过在框架核酸不同区域装配动态核酸功能组件，实现了框架核酸动态变构以及对环境pH变化的特异性响应，进一步与核酸适体结合，有望拓展至对多种环境因素变化的响应（例如离子、小分子、蛋白质等）。该研究为生物纳米机器人的设计提供了一种具有潜力的解决方案。
       该工作是在樊春海院士的指导下，由左小磊研究员、毛秀海副研究员带领研究团队完成的，并得到了国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划等的资助。
        论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq5151
         文章来源：上海交通大学
       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。
       邵志峰，上海交通大学王宽诚讲席教授，AAAS Fellow，AIMBE Fellow。1982年南京大学物理系本科毕业，通过李政道先生主持的CUSPEA计划赴美深造，于1988年获芝加哥大学物理学博士学位。1989-2010年执教弗吉尼亚大学医学院生理学与生物物理学系，1998年晋升终身正教授。2009全职回国组建上海系统生物医学研究中心，现任致远创新中心常务副主任。担任多种学术期刊编委，并任Nanomedicine副主编。迄今已在Annual Review of Cell and Developmental Biology、Advances in Physics、Quarterly Reviews of Biophysics、Accounts of Chemical Research等权威学术期刊发表评述文章近20篇，SCI论文200余篇，授权专利16项（包括美国6项）。研究方向包括自组装纳米孔、细胞结构生物学、肿瘤基因组学、多尺度多维度成像等。旅美期间曾担任美国电报电话公司Bell Labs（电子束刻蚀和微加工）顾问，美国能源部人类基因组计划评审团专家，美国NSF与NIH常任评审专家，并承担威康信托基金会、老年性痴呆协会、美国心脏协会以及欧盟、加拿大等研究项目的评审，并担任中科院海外评审专家。回国后曾任科技部中医基础理论专家组成员、基金委炎癌转化重大研究计划专家组成员。