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释放PNA自组装纳米结构的超能力

2021-07-29 来源:佛山机械信息网

释放PNA自组装纳米结构的超能力

卡内基梅隆大学的研究人员已经开发出一种利用γ-修饰的肽核酸(PNA)(DNA的合成模拟物)自组装纳米结构的方法。该工艺有可能影响纳米制造以及未来的生物医学技术,如靶向诊断和药物输送。

这项工作于本周在《自然通讯》上发表,介绍了PNA纳米技术的科学,该技术可在有机溶剂溶液,在肽和聚合物合成中使用的恶劣环境中自组装中国建材网cnprofit.com。这为纳米加工和纳米传感提供了希望。

由机械工程助理教授丽贝卡·泰勒(Rebecca Taylor)领导的研究小组报告说,?PNA可以在有机溶剂溶液中形成纳米纤维,该溶液可以长到11微米长(比其宽度长1000倍)。这些代表了将在有机溶剂中形成的第一个复杂的全PNA纳米结构。

卡内基·梅隆大学微系统与机械生物学实验室负责人泰勒(Taylor)希望利用PNA的“超能力”。除了具有较高的热稳定性外,ΔPNA还保留了与有机溶剂混合物中其他核酸结合的能力,这通常会破坏结构DNA纳米技术的稳定性。这意味着它们可以在防止基于DNA的纳米结构形成的溶剂环境中形成纳米结构。

?PNA的另一个特性是它的扭曲程度不如DNA的双螺旋结构。这种差异的结果是,设计基于PNA的纳米结构的“规则”与设计结构DNA纳米技术的规则不同。

“作为机械工程师,我们已经为解决结构设计问题的挑战做好了准备。泰勒说:“由于不寻常的螺旋扭曲,我们不得不想出一种将这些零件编织在一起的新方法。”

因为泰勒实验室的研究人员试图在其纳米结构中利用动态形状变化,所以他们很感兴趣地发现,当将DNA掺入?PNA纳米结构中时,就会发生形态变化(例如变硬或散开)。

研究人员希望进一步探索的其他有趣特征包括在水中的溶解度和聚集性。在水中,这些当前的纳米纤维往往会结块。在有机溶剂混合物中,泰勒实验室已证明它们可以控制结构是否聚集,泰勒认为聚集是可以利用的功能。

“这些纳米纤维遵循DNA的Watson-Crick结合规则,但是随着PNA结构的大小和复杂性的增长,它们似乎越来越像肽和蛋白质一样起作用。DNA结构相互排斥,但是这些新材料却不能互相排斥,而且潜在地,我们可以利用它来创建响应性的表面涂层,”泰勒说。

合成的βPNA分子被认为是一种简单的DNA模拟物,具有所需的特性,例如高生物稳定性和对互补核酸的强亲和力。

“我们相信通过这项工作,我们可以通过强调?PNA同时发挥作用的能力来调节这种感觉-由于其伪肽骨架而作为肽模拟物,并且由于其序列互补性而作为DNA模拟物。可以让我们了解该分子在PNA纳米结构设计领域中可以利用的多种身份。”机械工程博士Sriram Kumar说道。候选人和论文的第一作者。

尽管PNA已经用于突破性的基因治疗应用中,但是关于这种合成材料的潜力,仍有很多东西要学习。如果有一天可以在水溶液中形成复杂的PNA纳米结构,Taylor的团队希望,其他应用将包括耐酶的纳米机器,包括生物传感器,诊断程序和纳米机器人。

泰勒说:“ PNA-肽杂交体将为科学家创造一个全新的工具箱。”

研究人员使用了由卡内基梅隆大学的丹尼斯·赖(Danith Ly)实验室开发的对PNA的定制伽玛修饰。未来的工作将研究纳米制造过程中惯用的左手PNA。对于将来的生物医学应用,左手结构将特别令人感兴趣,因为它们不会带来与细胞DNA结合的风险。

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