[好文章,你推荐!]Target-Specific 3D DNA Gatekeepers for Biomimetic Nanopores

华中科技大学应用化学专业曾雪梅推荐的文章:

article name:Target-Specific 3D DNA Gatekeepers for Biomimetic Nanopores

url:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201405078/abstract

DOI: 10.1002/adma.201405078

  • 背景介绍

首先,对Wiley提供给大家进行文献交流的平台表示感谢。

我是来自华中科技大学化学系的一名大三学生。进入夏帆教授的课题组学习一段时间后,我的感受是,科研可以是一项枯燥乏味的任务,也可以是一项兴趣盎然的工作,关键在于如何对待科学研究、如何在科研的道路上有所发现、有所发明、有所创造。丁肇中教授曾说过:“搞科研,追随自己的兴趣是最重要的。”在我们选择感兴趣的科研之后,如果想把科研搞好,看文献是必不可少的,常言道:“磨刀不误砍柴工” 。我认为阅读文献就相当于我们在“磨刀”。无可厚非,看好的文献正如同选择锋利的刀,能够帮助我们更快的达到目的。通过Wiley这个平台,我给大家推荐一篇发表在Advanced Materials上的一篇Target-Specific 3D DNA Gatekeepers for Biomimetic Nanopores。(Adv. Mater.2015,2090-2095)。

二.文章背景

在自然界存在很多天然的纳米离子通道,在生物的各项生命调节中都有很重要的作用。受自然的启发,仿生的纳米粒子通道在生物传感、逻辑器件的构造等众多领域都有着广泛的运用。而纳米孔道存在的挑战之一就是模仿自然纳米通道实现宽范围的纳米孔径的高效率开关比。这篇文章所做的工作就是通过设计3D结构的DNA序列对纳米孔进行高灵敏开关比的门控,以克服这一挑战。同时,借助于这一三维结构,能够实现纳米孔道对于周围不同的环境(化学分子浓度、水分、温度等的变化)通过调节自身的结构进行响应。

  • 文章概要

5.

图一:该图展示了将probe修饰在纳米孔内,通过加入Y-DNA实现孔内三维结构的生成,使纳米孔处于“off”状态。然后通过加入能与探针作用的大分子酶或者小分子ATP,瓦解三维结构,孔道处于“on”状态。实现了酶和ATP的智能双响应,同时将门控开关比提高了105数量级。

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图二:该图展示了与传统的零维结构(即靶标:探针=1:1)、二维的大夹心结构(靶标:信号=1:n)相比,三维结构在不同孔径的纳米孔中都表现出优越的开关比。

  • 推荐理由

1.文章的价值

我推荐的这篇文章是Adv. Mater杂志出版的,这个杂志不用多说,就是在我们没有太多机会接触科研的本科生中名声也是响当当的。目前纳米孔的研究虽然热门,但仍有许多函待解决的问题。细胞所处的环境是十分复杂的(化学分子浓度、温度、水分都在时刻改变),因此探究离子通道对不同的环境进行响应调节自身结构是十分必要的,这就是这篇文章的主要工作。另外,通过在孔内修饰三维的DNA,极大的提高了信号的灵敏度。传统的方法检测靶标是通过探针和靶标的1:1结合,这样对于检测来说信号太低。这篇文章的作者想法新颖,是首位尝试在纳米孔道内修饰三维结构的,极大的提高了门控比。

2.选题前沿

凡是优秀的科学家,都是选题最前沿的,科研追求的不仅是填补国内的空白,而是获得人类知识的创新。这篇文章研究的纳米孔道的方向,是近几年比较热门的一个研究方向。目前大多数都是基于纳米孔道的修饰、测序等。最重要的是,纳米孔道对于第三代测序具有重大意义。我们选择最前沿的方向,就如同站在巨人的肩上,必定看的更远。

3.自身优势

由于我大二时做过有关纳米孔的实验,当时看了许多关于纳米孔的文章。但是都没有这篇文章这么让我眼前一亮。早在2012年的时候,夏帆教授的课题组就开始了生命分子(核酸)在纳米限域空间内的相互作用的研究,其中发表了一篇Highly-Efficient Gating of Solid-State Nanochannels by DNA Supersandwich Structure Containing ATP Aptamers: A NanofluidicIMPLICATION Logic Device(J.Am.Chem.Soc.2012,134,15395-15401),通过对固体纳米孔道进行含有ATP适配体的特殊核酸探针的修饰,构建了高效智能的纳流体门控体系。但是,对于检测靶标是DNA序列的体系,这个方法就要求有数以万计的靶标才能构建“supersandwich”的结构。这是一个很大的弊端。随着纳米孔道研究的深入,一年后夏帆课题组通过在人工固体纳米孔道内修饰可以自组装形成超级大夹心的核酸探针,构筑了纳米孔传感检测平台发表了相关工作(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,2007-2011)实现了在同一体系对目标分子和小分子(ATP)进行高选择高灵敏的双检测功能,并使检测限达到了10fM和1nM。并且,这种检测可以在多组分的复杂生物样本中依然有很好的检测能力。随后一年内,Adv。 Mater. 上的这篇文章应运而生。该工作通过在人工固体纳米孔道内修饰三维结构的DNA,将纳米孔内的门控比提高了105数量级。这无疑是纳米孔研究方向上的一个重大的突破性进展。如果我以后还能阅读到像这篇在Adv. Mater.上的好文章,我会认真钻研并用不同的渠道和大家交流文献的心得。

最后感谢Wiley提供的这个平台,让我能够在大学期间参与优秀文献的交流。希望我推荐的这篇文章能对大家有所帮助,让大家有所思考。我也能通过这个平台多多学习。