新的可编程DNA纳米系统设计用于低成本分子检测

By LabMedica International staff writers
Posted on 06 Sep 2016

基于DNA互补链间自组装力的一种新方式，研究人员开发了一种可编程纳米系统，现已用于一项针对于埃博拉病毒诊断潜力的原理循证研究。
纳米机械基于“DNA工作的魔力”，Iowa State University（Ames，IO，USA）的教授，Erik R. Henderson博士说明。Henderson教授和校友Divita Mathur博士开发了一种系统，并确定其首项应用：在埃博拉病毒基因检测中的应用。此设备将为稀缺医疗诊断设备的发展中国家提供有价值的服务。此纳米技术设备制造成本低，易于配置和安装。与智能手机应用程序联用，可不依赖传统的医疗设备检测埃博拉病毒或其他病原体和疾病。

图片：碱基堆集粘附力与OPTIMuS传动器（a)环和骨架间的界面显示为OPTIMuS的横截面。可以通过共轴平端（BE）创建高粘附性或非平端令粘附性最小化进行改良。（b)FRET输出所有平端（所有BE）与非平端（非BE）OPTIMuS，增加额外的不同力量域（****显示P ≤ 0.0001；*显示P ≤ 0.05）（照片由Scientific Reports提供）。

诀窍在于理解DNA工作的原则，Henderson教授说明，“可能以建立医学和生物技术优势的方式进行探索。”研究人员利用DNA杂交力，以便令纳米机器的组分一旦加入水中然后加热和冷却后发现彼此，并正确组装，无需进一步开发其他设备。
从技术角度来看，他们利用单链和双链DNA的持久长度（“刚度”）差异引出一个自组装DNA纳米系统的一种定义的物理状态变化，这个平台被称为OPTIMuS（询问分子系统的寡推进技术）。这种可诱导的状态变化可以用来在OPTIMuS内询问用户编程的分子相互作用。在这项研究中，他们显示了OPTIMuS如何用于检测可溶的靶分子和评估非共价（碱基堆集）分子相互作用的相对强度。他们应用一种嵌入光子系统检测是否存在靶分子，依据检测情况光子系统进行闪光，可在荧光计上读取闪光情况。
这种技术能改良以检测其他病原体和其他种类的分子。Henderson教授还设想开发相似的纳米机器，能封装药物，向靶点传递。
本研究已由Mathur D & Henderson ER发表于2016年6月7日网络版的Scientific Reports（科学报告）杂志。

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Iowa State University