球形核酸（SNA）即DNA多功能化納米顆粒（NP），是DNA相關組裝、傳感和治療等應用的關鍵納米單元。SNA具有緊密嫁接的DNA鏈和由此帶來的諸多獨特性質，包括可調的雜(zá)交活性、增強的/多價靶标結合、陡峭的熔解轉變曲線、抗核酸酶/鹽穩定性和無載體(tǐ)細胞攝取等。SNA合成通常始于水溶液中(zhōng)帶有巯基末端的DNA與金納米顆粒（AuNP）之間的相互作用。DNA和AuNP上的負電(diàn)荷會導緻強烈的庫侖排斥，不利于DNA接近金表面。爲了克服此障礙，需要添加鹽以屏蔽靜電(diàn)力，但這會增加NP團聚的風險。Mirkin等人意識到這一(yī)點，采用逐步加鹽和延長陳化時間以最大(dà)化DNA負載量。同樣，表面活性劑也可用于穩定AuNP。修飾有高密度DNA鏈的納米粒子（NP），也稱爲球形核酸（SNA），廣泛用于可編程的DNA組裝、傳感、成像和治療。常規的SNA合成過程非常耗時，且需要格外(wài)小(xiǎo)心以避免NP聚集。中(zhōng)國科學技術大(dà)學鄧兆祥等人報道了一(yī)種極其簡單、快速、高效且可望規模化制備的過程，作者稱之爲“INDEBT”(Instantaneous Dehydration in Butanol)，可瞬間生(shēng)成具有創紀錄的高DNA密度SNA。該方法依賴于DNA/NP混合物(wù)和丁醇相接觸時的快速除水。該過程産生(shēng)均勻混合的DNA/NP脫水“固溶體(tǐ)”，大(dà)大(dà)加速了DNA在NP表面的Au-S鍵錨定反應。與文獻中(zhōng)最先進的DNA修飾策略相比，丁醇中(zhōng)瞬間脫水（INDEBT）最高能使DNA密度增加至3倍左右。這種超緻密的DNA嫁接反應在幾秒鍾内即可完成，所得SNA可用于高密度核-衛星組裝體(tǐ)的構建。這一(yī)工(gōng)作使SNA合成變得輕而易舉，并使未來能夠探索具有超高DNA密度SNA的物(wù)理、化學和生(shēng)物(wù)學效應。該成果以“Flash Synthesis of Spherical Nucleic Acids with Record DNA Density”爲題發表在J. Am. Chem. Soc.上。
A）操作流程；
（B-C）凝膠電(diàn)泳結果顯示，随丁醇：H2O體(tǐ)積比增加，檸檬酸鹽（B）和磺化三苯基膦（C）保護的15 nm AuNP表面DNA修飾量先緩慢(màn)增加（B）或幾乎不變（C），發生(shēng)脫水（INDEBT）時DNA接枝量急劇增加。
A-D）通過冷凍和INDEBT獲得的系列尺寸（5-45 nm AuNP，21-89b DNA）SNA的電(diàn)泳圖和熒光DNA定量；
（E）不同方法制備的SNA的DNA修飾密度對比。
圖3. 冷凍-INDEBT分(fēn)步修飾及納米熒光探針制備
（A）通過冷凍-INDEBT分(fēn)步過程獲得的DNA載量；
（B）雙鏈DNA修飾；
（C）納米探針表面帶FAM熒光标簽DNA的釋放(fàng)量；
（D）目标DNA誘導帶FAM标簽DNA釋放(fàng)過程的熒光監測。
圖4. INDEBT獲得的SNA用于高密度核-衛星組裝
（A）組裝結果的凝膠電(diàn)泳表征；
（B）基于TEM的組裝産物(wù)衛星計數；
（C-D）以冷凍和INDEBT制備的DNA功能化AuNP和AuNR（金納米棒）爲核組裝得到的核-衛星結構TEM圖像。
文章利用丁醇引起的瞬間脫水（INDEBT）實現SNA的秒速生(shēng)成。該方法不需要特殊的設備、苛刻的條件和難以掌握的技巧，因而可望進一(yī)步擴大(dà)制備規模。新策略不僅減小(xiǎo)了SNA制備過程的時間和失敗率，而且使DNA接枝密度達到了新記錄。這一(yī)進展對促進DNA納米技術的快速發展和SNA的廣泛應用十分(fēn)及時。該工(gōng)作所實現的具有極高DNA密度的SNA将鼓勵人們進一(yī)步探索其獨特的化學和生(shēng)物(wù)學效應。丁醇萃取是分(fēn)子生(shēng)物(wù)學實驗室的常規技術，其在SNA合成中(zhōng)展示的新用途預示了INDEBT在化學/納米技術中(zhōng)進一(yī)步應用的可能性。本文第一(yī)作者爲中(zhōng)國科學技術大(dà)學在讀博士生(shēng)郝豔。文獻鏈接：Flash Synthesis of Spherical Nucleic Acids with Record DNA Density, J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI:10.1021/jacs.1c00568鄧兆祥，男，博士，中(zhōng)國科學技術大(dà)學化學與材料科學學院教授，博士生(shēng)導師。2014年度國家傑出青年科學基金獲得者。1991-2000年于中(zhōng)國科學技術大(dà)學應用化學系和化學系學習并獲理學學士和博士學位，2000-2002年清華大(dà)學化學系博士後，2002-2005年美國普度大(dà)學化學系博士後。自2005年起任中(zhōng)國科學技術大(dà)學化學系教授。研究工(gōng)作緊扣生(shēng)物(wù)分(fēn)子（主要爲DNA）和納米材料之間可控的物(wù)理和化學相互作用，如分(fēn)子識别、選擇性表面吸附、粒子形狀和空間效應、界面電(diàn)子和能量轉移以及物(wù)性耦合等，結合凝膠電(diàn)泳、電(diàn)化學和光譜分(fēn)析等手段，重點研究：（1）不同組成、形狀和物(wù)理、化學特性的納米材料穩定可控的生(shēng)物(wù)修飾方法；（2）用于精确控制納米材料表面配基數目（價态）以及監測納米組裝過程的高效分(fēn)離(lí)、分(fēn)析方法；（3）強偶聯納米結構的程序化組裝策略及在分(fēn)析、傳感中(zhōng)的應用。在Acc. Chem. Res.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，CCS Chem.，Sci. China Chem.，Nano Lett.，Adv. Mater.，Chem. Sci.，Small，Chem. Commun.等期刊發表SCI收錄論文100餘篇。受邀在國内外(wài)學術專著中(zhōng)撰寫5章，包括《DNA納米技術：分(fēn)子傳感、計算與機器》（科學出版社），《Materials Science of DNA》（CRC出版社）和《DNA Nanotechnology: From Structure to Function》（Springer出版社）等。通用電(diàn)化學模拟軟件ecNETSIM唯一(yī)作者（非商(shāng)業用途免費(fèi)）。曾獲中(zhōng)國化學會“青年化學獎”等獎項。應邀擔任化學學報、中(zhōng)國化學快報、分(fēn)析化學、中(zhōng)國科學技術大(dà)學學報以及Analytical and Bioanalytical Chemistry期刊編委。文章轉載自微信公衆号：材料人
