近期，中國科學院上海應用物理研究所與華東師范大學合作，在DNA分子機器方面取得新進展，構(gòu)建了一種核酸外切酶驅(qū)動的高效DNA行走機器人。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1855)上。

細胞內(nèi)許多功能的實現(xiàn)和宏觀世界中的機器運轉(zhuǎn)有異曲同工之妙，這些自然界的分子機器由經(jīng)過億萬年進化產(chǎn)生的生物大分子構(gòu)成。而在試管中模擬細胞內(nèi)的動態(tài)有序結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑人工分子機器則引起了研究者的廣泛興趣。2016年諾貝爾化學獎即授予“分子機器的設(shè)計和合成”。DNA分子具有強大的序列可編程性及精確的分子識別能力，被認為是設(shè)計分子機器的重要元件。設(shè)計并構(gòu)建高效率的DNA分子機器，在藥物運輸治療、DNA并行計算和生物傳感檢測等領(lǐng)域具有重要的應用潛力。然而，以往合成的DNA分子機器可持續(xù)巡航能力往往比較低。針對這一技術(shù)難點，上海應物所物理生物學研究室研究員樊春海與華東師范大學教授裴昊等合作，構(gòu)建了一種核酸外切酶驅(qū)動的高效DNA行走機器人。他們發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控DNA分子在金納米粒子表面上的構(gòu)象、密度和取向，可以顯著改變酶分子與DNA之間的相互作用力。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)控納米界面上的 DNA 分子的空間排布，設(shè)計出一種可實現(xiàn)DNA分子在金納米粒子表面自發(fā)運動行走的分子機器。這種分子機器的運行機制還可應用于發(fā)展信號放大策略，實現(xiàn)對DNA雜交過程的高靈敏檢測。這一研究為設(shè)計新的智能診療器件及分子計算機提供了新的原理和策略。