华南师范大学周小明/熊二虎：微波炉转一转，转出一篇Nature子刊

基于金纳米颗粒（AuNPs）的球形核酸（spherical nucleic acid, SNA）的发明，如DNA-AuNP和RNA-AuNP偶联物，引起了全世界的兴趣，并开辟了纳米生物技术领域。这种独特的纳米材料由AuNPs核心和致密核酸组成，令DNA/RNA的分子识别和可编程性与AuNPs独特的光学，化学，电学和催化性能相结合，从而赋予SNA化学物理性质和生物学功能。开辟了包括程序化DNA/RNA纳米技术，分子诊断，成像，基因调控和药物递送等多方向应用。

然而，要将带负电荷的DNA和RNA附着到带负电荷的AuNPs上，关键是要解决AuNPs和核酸之间的电荷排斥。由于AuNPs和核酸链都带负电荷，以往AuNPs与核酸链的结合是通过调节pH、添加盐或有机溶剂来调节的。

华南师范大学的周小明研究员和熊二虎研究员团队报道了一种微波辅助加热干燥构建球形核酸SNAs的方法，该方法使用家用微波炉作为加热器，在不需要额外试剂的情况下在几分钟内完成标记过程，并证明了它对硫代化和非硫代化DNA/RNA的适用性。在进一步的应用研究中，CRISPR/Cas9-sgRNA(136bp)、SARS-CoV-2RNA片段(1278 bp)和滚环扩增产物(1000 bp以上)可以成功地连接到AuNPs上，克服了常规的长链核酸-AuNP偶联方法，在生物传感和核酸递送方面显示出广阔的应用前景。目前的加热干燥策略在简单、快速、成本和普适性等方面改进了传统的DNA/RNA-AuNP偶联方法。该工作以“Fast microwave heating-based one-step synthesis of DNA and RNA modified gold nanoparticles”为题发表在近日的《Nature communication》上。

【文章亮点】

（1）发明了一种快速，通用且具有成本效益的方法，使用微波辅助加热干燥方法将AuNPs与DNA和RNA功能化。由于仅使用家用微波炉即可快速蒸发水分，整个过程可以在几分钟内完成。该方案不仅可以使AuNPs有效地结合核酸链，同时是一种方便和环保的方法。

（2）微波辅助加热干燥法处理可快速蒸发水分，显示出最高的标记效率，良好的序列通用性，并且可以产生最稳定的DNA-AuNP结合物，代表了一种新的有效的AuNP结合物的构建方法。

（3）利用微波辅助加热干燥法制备的AuNP生物探针除了具有已证实的杂交性能外，在DNA单碱基突变比色分析和病毒DNA检测等方面也显示出广阔的应用前景。

（4）热干法可以拉伸任何具有复杂二级结构的核酸链，使得标记过程不受结构导致的亲和序列屏蔽的影响，因此该方法对几乎任何序列都是通用的。它能够将长链的、有结构的核酸附着在AuNPs表面，这是常规方法很难实现的。

图1. 基于微波辅助加热-干燥法快速构建DNA/RNA-AuNP偶联物。

图2. 微波辅助加热干燥法连接DNA-AuNP的机理描述。

参考文献：

Mengqi Huang, Erhu Xiong, Yan Wang, Menglu Hu, Huahua Yue, Tian Tian, Debin Zhu, Hong Liu & Xiaoming Zhou. Fast microwave heating-based one-step synthesis of DNA and RNA modified gold nanoparticles. Nat. Commun. 13, 968 (2022).

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28627-8

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