自DNA納米技術(shù)發(fā)現(xiàn)以來，該領(lǐng)域經(jīng)過了長久的發(fā)展?？茖W(xué)家們開發(fā)出了多種DNA納米結(jié)構(gòu)單元，包括DX，TX，PX及DNA origami等。為了進一步得到更為復(fù)雜，應(yīng)用更加廣泛的結(jié)構(gòu)，需要多個結(jié)構(gòu)單元的組合。因此，結(jié)構(gòu)單元之間的連接方式對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。Seeman教授曾在1982年提出結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)時就指出，多個結(jié)構(gòu)單元可以通過粘性末端連接成大的組裝體，截至目前，粘性末端連接的方式仍被廣泛使用。除此之外，通過交叉結(jié)構(gòu)連接1-3,9、化學(xué)分子連接4、金屬納米顆粒10、DNA linker8,11以及特殊的幾何結(jié)構(gòu)5-7也可以實現(xiàn)多個結(jié)構(gòu)單元的組合。下面就讓我們具體來看一下這些連接方式吧！

1998年，Seeman教授課題組嘗試將一種三角形的DNA結(jié)構(gòu)連接起來，他們采用的方法是在三角形的側(cè)面加上一段DX結(jié)構(gòu)，從而將多個三角形排列成更大的結(jié)構(gòu)。這種以DX連接的方法相比于之前的通過DNA雙螺旋連接的方式，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有所提高，但是仍然不夠，產(chǎn)物依然會出現(xiàn)環(huán)化、團聚等副產(chǎn)物。

小結(jié)：該研究提供了一種利用DX連接多個結(jié)構(gòu)單元的方法，雖然對于文中的三角形結(jié)構(gòu)而言，其穩(wěn)定性依然有待提高，但對于后續(xù)研究中其他結(jié)構(gòu)的組裝仍然具有參考意義。

2002年，Seeman團隊再次開發(fā)出了一種新的連接方式——PX。相對于之前的DX連接，他們做了一部分改進。他們在三角形DNA結(jié)構(gòu)單元的DX邊緣一端延伸出一段未形成交叉的DNA，它可以同另一個三角形結(jié)構(gòu)延伸出來的DNA組裝形成PX交叉結(jié)構(gòu)，從而將兩個三角形連接起來。因此，這種方法用中間的一段PX結(jié)構(gòu)取代了之前DX連接方式中的一部分DX片段。實現(xiàn)了PX連接的多個三角形的組裝。

小結(jié)：這種方法以PX替換DX，這種互相連接的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了一種新的、簡單的DNA納米結(jié)構(gòu)單元的連接工具。

2004年，Seeman團隊為了解決之前DX連接三角形DNA結(jié)構(gòu)單元時出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、產(chǎn)物不均一的問題。他們設(shè)計了一種新的完全由DX構(gòu)成的三角形結(jié)構(gòu)，然后通過DX連接，首次實現(xiàn)了類似六方晶形二維結(jié)構(gòu)的組裝。

小結(jié)：通過改變結(jié)構(gòu)單元的DNA交叉組成，證實了DX也是一種有效的DNA納米結(jié)構(gòu)連接工具。

2005年，Seeman團隊開發(fā)了一種四臂十字形DNA連接子，他們設(shè)計了一種DNA-卟啉連接子，該分子的四個分支上都連接有十個核苷酸的寡核苷酸鏈。在被連接的Tile結(jié)構(gòu)上同伸出一條互補的標(biāo)簽鏈，那么通過堿基互補就可以依靠DNA-卟啉連接分子將多個Tile結(jié)構(gòu)連接起來。該團隊通過這種方法組裝出了DNA納米管結(jié)構(gòu)。

小結(jié)：這是一種新的將核酸與化學(xué)分子結(jié)合實現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)單元連接的方法，將有望用于其他納米結(jié)構(gòu)的組裝當(dāng)中。

2010年，自2006年DNA折紙術(shù)發(fā)現(xiàn)之后，DNA納米技術(shù)得到空前的發(fā)展。通常，將DNA origami tile連接成較大的結(jié)構(gòu)的方法是利用粘性末端形成DNA雙螺旋。但這種方法效率較低，連接多個Tile時往往需要設(shè)計較多的粘性末端且退火程序較為復(fù)雜。Masayuki Endo等人開發(fā)了一種不使用粘性末端的方法，他們設(shè)計了一種拼圖狀結(jié)構(gòu)的DNA origami Tile，利用其特殊的幾何結(jié)構(gòu)則可將多個Tile連接起來。

小結(jié)：該方法巧妙利用Tile的幾何結(jié)構(gòu)，成功避免了使用較多的粘性末端，不過此文中的Tile結(jié)構(gòu)只能形成一維長條狀的組裝體。

2011年，Hiroshi Sugiyama團隊在之前的工作上加以改進，設(shè)計了一種新的DNA origami Tile，同樣利用拼圖的方法，將九個不同的DNA origami Tile組裝出了一個較大面積的二維DNA納米圖形。

小結(jié)：該方法在改進之后，增加了拼圖連接方式的應(yīng)用范圍，為DNA origami tile連接提供了一種可行的方法。

2011年，Hiroshi Sugiyama團隊還將拼圖結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，開發(fā)了一種四臂連接子，在上下左右四個方向上都可以連接Tile結(jié)構(gòu)。

小結(jié)：這種連接子的設(shè)計，成功實現(xiàn)了四個方位的DNA Origami Tile結(jié)構(gòu)的組裝，并且進一步拓展了拼圖方法連接的DNA納米結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。

2011年，顏顥課題組也在DNA origami Tile的連接上有了成果，他們采用的方法是：先形成一個DNA折紙框架，然后將相應(yīng)的DNA origami Tile結(jié)構(gòu)填充到框架中，從而將多個Tile連接起來，形成較大的、更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

小結(jié): 這種方法通過預(yù)先設(shè)計的框架確定了DNA origami Tile的位置及最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，不僅使得產(chǎn)物尺寸及形狀可控，還避免了使用粘性末端的連接方式。

2015年，Seeman教授團隊為了將由DX構(gòu)成的Tile結(jié)構(gòu)連接起來，在Tile結(jié)構(gòu)上伸出一段不完全配對的DNA雙螺旋尾，這一尾端可與另一個Tile結(jié)構(gòu)的尾端配對形成PX結(jié)構(gòu)，從而將兩個DX tile結(jié)構(gòu)拉近。然后，他們使用了一種酶Topo I，在這種酶的作用下，相鄰的Loop被連接起來，從而實現(xiàn)了兩個DX的結(jié)合。以這種方法組裝出的一維DX排列穩(wěn)定性很好，即使在變性的環(huán)境下，也能保持形狀完好地存在一段時間。

小結(jié)：這種結(jié)合PX及Topo酶的方式得到的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，對于DNA納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究更加有利。另外，這種新穎的DNA tile的連接方法也可以推廣到更加復(fù)雜的二維甚至三維DNA納米結(jié)構(gòu)的組裝中。

2015年，樊春海教授課題組獨辟蹊徑。他們在DNA折紙(DNA Origami) 結(jié)構(gòu)上設(shè)計一些DNA標(biāo)簽，這些標(biāo)簽可以同特定的DNA鏈互補，他們將互補鏈修飾在金納米顆粒上，這樣，將修飾過的金納米顆粒同DNA Origami退火后就可以實現(xiàn)多個DNA Origami Tile 通過金納米顆粒結(jié)合到一起。文中，他們依靠這種方法實現(xiàn)了多種組合的DNA納米結(jié)構(gòu)的組裝，并且他們發(fā)現(xiàn)隨著DNA Origami Tile結(jié)構(gòu)同金納米顆粒的比例變化，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中DNA Origami Tile的個數(shù)也隨之變化。

小結(jié)：這種利用金屬納米顆粒介導(dǎo)DNA Tile結(jié)構(gòu)組裝的方法，不同于以往使用DNA雙螺旋、DNA交叉等連接方式，這種金屬納米顆粒同DNA 的結(jié)合使得組裝產(chǎn)物在納米光電子學(xué)、生物傳感、能量收集等領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用。另外，這也為DNA origami 組裝成較大的圖形結(jié)構(gòu)提供了一種通用的方法。

2016年，Shalom J. Wind團隊將兩個DNA origami Tile上下并排排列，然后依靠一種貫穿上下了兩個Tile結(jié)構(gòu)的垂直Linker DNA將兩個Tile連接了起來。他們不僅成功將兩個長方形結(jié)構(gòu)的Tile連接了起來，還探索出組裝產(chǎn)物的產(chǎn)率在Mg2+濃度高時更高。

小結(jié)：這一方法為更為復(fù)雜的DNA origami Tile結(jié)構(gòu)的組裝提供了一種除了粘性末端之外的可選的連接工具。

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