华中科技大学化学与化工学院吴钰周教授课题组在ACS Nano 上发表以DNA折纸为模板精确调控磷酸钙纳米结构制备的最新研究成果，采取生物矿化策略，以具有精细结构的DNA折纸为模板指导Ca-P晶体的可控矿化，实现了精确调控薄层的Ca-P纳米团簇在DNA纳米结构表面均匀生长并保留DNA折纸可修饰性的特性，在提高DNA纳米结构的热稳定性和力学强度的同时，为功能化的DNA－无机复合纳米材料的设计和开发提供了新方法。华中科技大学博士后吴姗姗和博士研究生张美洲作为共同第一作者，该研究得到国家重点研发计划以及国家自然科学基金的资助支持。
在生物体内，磷酸钙晶体（Ca-P）以相似并且简单的化学组成形成了各种具有不同微观结构和复杂功能的硬组织。相比于自然界的精妙结构，人工制造合理设计的具有任意微观结构的Ca-P材料是一项长期的挑战。尽管DNA纳米技术因其可编程性而被用于调控无机材料的纳米制造，但精确编码具有较高结构精度的Ca-P矿化纳米材料仍然很难实现。华中科技大学化学与化工学院吴钰周教授课题组利用粒子粘附（CPA）的结晶策略，巧妙实现了精确调控薄层的Ca-P纳米团簇在DNA折纸纳米结构表面均匀生长。该方案利用了有机分子调控磷酸钙晶体成核和形貌的原理，通过将DNA纳米结构浸泡在磷酸钙饱和溶液中，即可方便地实现磷酸钙纳米结构的可控生长。所形成的磷酸钙矿化DNA结构不仅能够保留原始DNA模板的精细结构，其机械强度和热稳定性也显著提高。更重要的是，通过该策略制备的DNA－磷酸钙复合材料仍然具有可修饰性，DNA纳米结构表面修饰的链霉亲和素等功能分子不会受到矿化的影响，矿化后依然能够定点结合生物素，实现了磷酸钙无机纳米材料表面的定点修饰。
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图1. 通过粒子粘附(CPA)策略实现的以DNA折纸为模板的仿生矿化图解。(A)波斯纳团簇（Posner's clusters）在过饱和溶液中形成，并沉积在DNA折纸上形成薄层矿化。(B)用于矿化的不同形状的DNA折纸及其各自的特性。
此项工作实现了磷酸钙在DNA纳米结构表面的高度可控矿化，扩展了DNA纳米结构表面可修饰性的反应条件范围。以上相关成果发表在ACS Nano 上。
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Fine Customization of Calcium Phosphate Nanostructures with Site-Specific Modification by DNA Templated Mineralization
S. Wu, M. Zhang, Jie Song, Stefan Weber, X. Liu, C. Fan, Y. Wu*
ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c08998
导师介绍
吴钰周
https://www.x-mol.com/university/faculty/65899
http://bionano.chem.hust.edu.cn/info/1173/1291.htm
