《纳米结构自组装新技术的发展》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2020-06-24
  • 这样一个过程可能会对纳米制造产生影响,也会对未来的生物医学技术产生影响,比如药物传输和靶向诊断。

    最近发表在《自然通讯》杂志上的这项研究介绍了一种科学概念,即允许在有机溶剂溶液中自组装(有机溶剂溶液用于合成聚合物和多肽)。这项技术为纳米化和纳米制造提供了极好的潜力。

    由机械工程助理教授丽贝卡·泰勒领导的科学家们报道,PNA能够在有机溶剂溶液中形成纳米纤维,这些细小的纤维可以长到11×m(超过其厚度的1000倍)。这些发现表明了第一个复杂的,全pna纳米结构将在有机溶剂中生长。

    领导卡耐基梅隆大学微系统和机械生物学实验室的泰勒希望利用PNA的“超能力”。非晶型分子核糖核酸不仅具有较高的热稳定性,而且有可能附着在有机溶剂混合物中的其他种类的核酸上,而这些核酸往往会破坏DNA纳米技术的结构。

    这意味着,在溶剂环境中,可抑制DNA纳米结构的形成,从而形成纳米结构。

    另一个特点是,与DNA的双螺旋结构相比,其扭曲程度较低。这种变化的结果是,基于纳米碱的工程结构的“规则”与工程结构DNA纳米技术的规则完全不同。

    作为机械工程师,我们已经准备好迎接解决结构设计问题的挑战。由于这种不寻常的螺旋扭曲,我们必须想出一种新方法把这些碎片编织在一起。

    丽贝卡·泰勒,卡内基梅隆大学机械工程系助理教授

    因为在泰勒的实验室工作的科学家们寻找方法应用动态形状改变γPNA纳米结构,他们发现形态variations-similar着迷时解开或stiffening-took DNA整合到γPNA纳米结构。

    科学家们还想进一步探索其他令人着迷的特性,比如聚集性和水溶性。这些目前在水中的纳米纤维很可能结合在一起。在有机溶剂混合物中,泰勒实验室已经证明它可以控制结构的聚集,根据泰勒的说法,聚集是一个可以利用的特性。

    这些纳米纤维遵循DNA的沃森-克里克结合规则,但随着PNA结构的大小和复杂性的增加,它们似乎越来越像肽和蛋白质。DNA结构相互排斥,但这些新材料不会,我们可以利用这一点来创造具有响应性的表面涂层。

    丽贝卡·泰勒,卡内基梅隆大学机械工程系助理教授

    作为一种简单的DNA模拟物,合成的PNA分子具有所需的特性,如对互补核酸的强亲和力和高生物稳定性。

    我们相信,通过这项工作,我们可以进一步调整这一看法,通过强调PNA的能力,作为肽模拟,因为它的假肽主干和作为DNA模拟,因为它的序列互补。这种感知上的变化可以让我们理解这种分子在PNA纳米结构设计领域的多重特性。

    Sriram Kumar,研究第一作者,卡内基梅隆大学机械工程系机械工程博士候选人

    虽然PNA技术目前被用于创新的基因治疗应用,但关于这种合成材料的潜力还有很多需要了解。

    泰勒的研究团队认为,如果有可能在水溶液中形成复杂的PNA纳米结构,那么更多的应用将包括抗酶的纳米机器,如纳米机器人、诊断和生物传感器。

    “PNA-peptide杂交种将为科学家创造一个全新的工具箱,”Taylor补充道。

    科学家们对卡内基梅隆大学丹尼斯·利实验室创建的PNA进行了自定义伽玛变换。展望未来,未来的研究将在纳米制造过程中分析左撇子圆头PNAs。对于即将到来的生物医学应用,左撇子结构被认为是特别吸引人的,因为它们不太可能附着在细胞DNA上。

    该研究代表了一个跨学科的协会。该研究的其他作者包括化学博士候选人亚历山大·皮尔斯和机械工程候选人刘颖。

    这项工作得到了空军科学研究办公室和国家科学基金会的财政支持。

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