跨膜DNA纳米孔的构建方法

DNA纳米孔是受生物启发的纳米结构,与蛋白孔类似可控制分子跨脂质双层膜的运输。

利用DNA构建纳米孔具有巨大的优势,其归结于Watson-Crick碱基配对的高度可预测的自组装,通过从头设计方法几乎能够实现任何形状的纳米结构。因此,DNA纳米孔参数可以十分容易地调节和定制,包括孔隙直径,高度,壁厚,传感位点等。

此外,DNA的纳米孔比工程蛋白孔更容易折叠,并且具有比有机纳米孔更明确的物理结构。


利用DNA纳米桶状结构DNA折纸方法,Jonathan R.Burns等建立了一套在脂质双层膜上构建DNA纳米孔的方法(图1)。该方法提供了纳米桶状DNA孔和更大孔径的DNA折纸孔两种构建方法。

图1 DNA纳米孔的设计,组装和表征示意图

利用脂质锚定物对DNA纳米孔进行化学修饰的策略,使纳米孔能够插入诸如小单层囊泡和平面脂质双层等膜中。通过热退火进行DNA纳米孔自组装,使用凝胶电泳表征的纯度,纯化以及通过透射电子显微镜和原子力显微镜直接观察纳米孔物理形态。

图2 几种现有DNA纳米孔概览

该方法流程需要约1周完成DNA纳米桶孔的构建,2-3周完成DNA折纸孔的构建(图3)。

图3 通过DNA纳米桶状结构和DNA折纸法设计的DNA纳米孔

使用Orbit 16 测试套装来记录单通道的电流(图4)并进行结果分析(图五)。

图4 使用平面脂质双层对DNA纳米孔进行单通道电流分析
图5 从DNA纳米孔的单通道电流迹中提取数据

通过设计DNA纳米孔实现各种结构和功能,可以广泛应用于生物传感,单分子化学和单分子生物物理学,以及细胞生物学和合成生物学等研究领域。

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