DNA自组装晶体因其高度有序的三维结构和纳米级精度，被视为构建新型功能材料的重要基础，在仿生催化、光子晶体、信息存储和生物传感等前沿领域具有广阔应用前景。然而，传统DNA晶体制备主要依赖开放体系中的浓度梯度驱动，普遍存在操作复杂、周期长、尺寸和形貌不可控、批次重复性差等问题，严重制约了DNA晶体的可控制备与功能应用。因此，发展一种简单、高效且高度可控的DNA晶体组装新策略成为该领域亟需解决的关键科学问题。
近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所王凯喆、郑建萍团队与吉林师范大学王丽团队合作，在Nano Letters上发表研究，提出了一种基于分子序列编码和化学修饰调控的封闭均相溶液中DNA晶体组装方法。该研究在试管内均一反应体系中，实现了三维DNA晶体的快速、可控组装，为DNA晶体材料的可控制备提供了全新思路。通过精确调控DNA结构单元中碱基组成比例，在恒定浓度、封闭均一的试管体系中，仅需2小时程序化退火，即可快速组装尺寸均一的DNA晶体。通过引入磷酸化修饰进一步实现了DNA晶体快速（2 h）、均一合成；通过引入硫代修饰实现大尺寸晶体组装。多批次重复实验显示，该试管组装策略的DNA晶体尺寸与形貌表现出高度一致性，具有良好的稳定性与规模化制备潜力。
该研究提出了一种将DNA晶体组装从依赖外部物理梯度转变为分子可编程调控的新策略，实现了快速、可控、可重复的三维DNA晶体制备，为DNA晶体材料在功能器件和生物医学等领域的进一步应用奠定了重要基础。
图1.封闭均相溶液组装DNA晶体示意图
相关成果以“Molecularly Encoded Regulation of DNA Self-Assembly Crystallization in a Closed Homogeneous Solution System”为题，发表在Nano Letters，为当期封面文章。论文第一作者为付盼博士、硕士生辛玲，通讯作者为中国科学院宁波材料所王凯喆副研究员、郑建萍研究员与吉林师范大学王丽教授。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c06015