Nature最新進展：DNA折紙術搭檔二氧化硅，隨心所欲搭積木!
前言
DNA折紙術是最近十多年流行起來的納米合成的高級玩法。
北京時間2018年7月17日凌晨，Nature在線發表了來自中國科學院上海應用物理研究所、上海交通大學和美國Arizona State University等多家科研單位合作的成果，作者受自然界廣泛存在的硅藻啟發，成功地實現了具有SiO2層包覆的DNA折紙納米組裝策略(Nature, 2018, doi:10.1038/s41586-018-0332-7)。
第一作者：Xiaoguo Liu, Fei Zhang, Xinxin Jing
通訊作者：Hao Yan和樊春海
第一單位：中國科學院上海應用物理研究所
課題背景介紹
DNA的雙螺旋結構，因為四個堿基單元特異性配對，兩條單鏈的獨特結構，這使得DNA的自組裝玩出了很多高級花樣。
2006年DNA二維折紙術的橫空出世(Paul W. K. Rothemund， Nature 2006, 440, 297)
2017年DNA產生的二維折紙，已經到達了微米級。借助于編程，可以產生蒙娜麗莎的微笑。(Tikhomirov, G. et al. Nature(2017) 552, 67.)
還可以這樣玩：
DNA折紙的中國地圖圖樣，(QIAN Lulu等, Chinese Science Bulletin 2006 Vol. 51 No. 24 2973—2976)
雖然圖樣控制已經接近隨心所欲的水平，但是DNA納米技術還需要找到合適的應用出口。與氧化物的復合是一種理想的策略。但是DNA折紙得到的納米結構需要很高的離子濃度(如Mg)以維持穩定，這使得其它組分在DNA組裝體的進一步沉積變得困難。
今天這篇Nature 文章在實現DNA表面的包覆SiO2層可控的包覆的同時，依然保持著DNA的復雜組裝圖案，并有效提高組裝體的穩定性，作者將這種新的DNA折紙玩法稱為：DNA硅化折紙術，DNA origami silicification (DOS)。
全文亮點
1. 基于分子動力學模擬的結果，將兩種硅和磷酸前軀體的預先團聚策略，使得硅源成功地沉積到DNA骨架的表面中，實現了DNA-SiO2的復合結構構筑。
2. 利用此策略，基于各種DNA折紙模板，合成了一維、二維和三維的多層級納米組裝體，其尺寸在10到1000nm。
3. 無定型SiO2層厚度可隨生長時間調節。
4. DNA-SiO2的雜化結構穩定性提高十倍。
圖文快解
圖1 DNA硅化折紙術，DNA origami silicification (DOS)的實現示意圖。
要點：分子動力學模擬啟發，TMAPS和TEOS兩種前軀體預先組成小團簇，然后就可以沉積于DNA組裝體的表面。
圖2 DOS組裝體的幾何結構控制。
圖3 復雜結構也無壓力
要點：EDS顯示Si/O/P的均勻分布。
圖4 DOS結構的納米機械性能。
要點：a，五天的硅化反應后，DOS三角形的楊氏模量比傳統的DNA折紙結構提高十倍。c，利用AFM tip擠壓DOS四面體考察其變形性。
f：將兩個Au納米棒組裝到四面體的兩條棱邊上，硅化的DOS組裝體剛性更好。
總而言之，考慮到SiO2-DNA復合結構可以當做更好的三維載體，這項工作最終可能在新的光學系統、半導體納米組成、納米電子、納米機器人和包括藥物輸送在內的醫療應用領域具有廣闊的應用前景。
