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化院樊春海課題組在框架核酸編碼仿生礦化取得進展

自然界衍化出了以蛋白框架為代表的模板結構,用于引導生物礦化過程,生成各種復雜、精巧的生物硬組織。盡管過去十年,生物礦化及仿生礦化領域有長足的進展,如仿生貝殼結構的構建,但是設計程序可控的仿生礦化方法仍面臨諸多困難,比如磷酸鈣(Calcium Phosphate, CaP)的礦化過程就受到無法精準控制形貌和缺乏普適性方案的限制。近日,上海交通大學化學化工學院樊春海團隊提出了一種解決思路:即利用框架核酸作為模版,以靜電相互作用為驅動力,制備具有規定形貌的礦化CaP納米晶體。該工作以“DNA Framework-Encoded Mineralization of Calcium Phosphate“為題,于2020年1月2日在線發表在Cell期刊旗下的Chem雜志中。劉小果、靖薪薪為論文的共同第一作者,樊春海為通訊作者。

在眾多生物礦物中,作為人體骨骼和牙齒主要無機組分的磷酸鈣(CaP),其合成與結構設計倍受研究者親睞。但由于存在非經典成核過程及復雜的相組成與變化,使得合成精細的CaP納米結構困難重重。團隊利用框架核酸為模版來誘導CaP納米晶體的礦化過程,按照預設形貌制備出相應的幾何結構,并因為CaP外殼的保護作用,使得DNA的環境耐受性得以增強,進一步拓寬了DNA納米結構的應用領域。

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分子動力學模擬及同步輻射小角X射線散射數據揭示DNA四面體誘導CaP生長的早期過程

論文指出DNA磷酸骨架與Ca離子之間的親和性以及可編碼的DNA結構是控制CaP礦化以獲得規定幾何結構的關鍵,并且CaP外殼不僅可以保留框架核酸的結構信息,也能夠作為保護層增加功能性核苷酸在細胞內的轉運效率。團隊認為,只要化學反應條件滿足框架核酸的耐受范圍,這種策略就有希望應用于諸如碳酸鈣和金屬氧化物等具有光學、電學和磁特性的眾多無機材料的結晶控制中。

原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929419305509

樊春海團隊
化學化工學院
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