在线学术报告| 南京邮电大学晁洁教授:DNA纳米组装及其生物传感器

发布者:袁敏敏发布时间:2020-05-11

58日上午10:00,南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院、材料科学与工程学院晁洁教授依托“腾讯会议”在线作了题为《DNA纳米组装及其生物传感应用》的学术报告。晁洁教授从化学自组装技术及DNA结构特性出发,对组内研究成果及进展进行了详细的介绍,深入讨论了DNA纳米组装技术及其生物传感应用的发展前景。

DNA作为主要的遗传物质,具备纳米尺寸效应的同时遵循碱基互补配对原则,其序列因而具备可设计的特点。基于DNA纳米技术,目前已有众多研究设计出了形状各异、功能多样、各种维度的DNA纳米结构,并将其广泛应用于结构探针、信息识别等领域。与此同时,紧密结合纳米机器在生物计算方面的研究进展,其在柔性电子器件的改良和研发中也表现出巨大的应用潜力。晁洁教授以实现“形状可识别”、“尺寸可定制”及“分子可调控”的研究思路出发,从“结构探针——基因检测”、“结构探针——病毒检测”和“纳米机器——生物计算”三方面展开了报告。

首先,晁洁教授就结构探针在基因检测方面的应用进行了介绍。基因检测被广泛应用于生育健康、传染感染及肿瘤防治等领域,而单分子基因检测由于其探针设计灵活、单分子水平操作、检测时间短、读取长等优势已引起了国际学术界的高度关注。然而由于现有显微技术的分辨率难以满足需求,尤其是AFM分析存在缺少合适的探针用于形貌识别这一瓶颈,单分子基因分析技术的发展及应用受到了一定的限制。针对这一问题,借助DNA结构探针,可实现单分子AFM成像,突破常规探针局限,实现基因探针的个性化定制;同时,通过构建精确可控的DNA结构化探针并对其进行空间定位调控,可进一步实现对靶标分子的高效识别。基于此,晁洁教授课题组提出的DNA结构探针单分子识别与检测的新策略实现了长片段基因上的多位点特异性标记和高分辨率成像,准确率高达99.3%

其次,晁洁教授对病毒检测领域结构探针的应用进行了讲解。当前病毒检测的主要方法为核酸检测及抗原抗体检测,其中,抗原抗体检测方法虽然耗时短、成本低,但是其灵敏度及特异性相比核酸检测却存在明显劣势。面对常见的流感病毒、诺如病毒及当今给世界公共卫生安全带来巨大挑战的新冠病毒,如何提高病毒表面抗原检测的灵敏度和特异性成为了亟待解决的热点问题。针对这一问题,晁洁教授课题组提出了一项构型匹配结构探针的病毒检测新方法——根据病毒表面抗原位点的构型构建尺寸、结构匹配的DNA结构化探针,通过探针分子的空间定位精确连接适配体分子。基于这一检测方法,晁洁教授课题组有关多价态五角星DNA结构探针对登革热病毒高灵敏检测与抑制的研究(Nature Chemistry, 2020, 12, 26.)入选当期Nature Chemistry期刊封面。


最后,晁洁教授就构建纳米机器以应用于生物计算的研究进行了简要介绍。基于量子物理学芯片的微处理能力无法保持长期增长,因此需要寻找其他全新的计算结构。DNA计算具备数据存储量大,能够进行多线程并行处理、平行搜索等计算优势,同时还具有低能耗、清洁以及可自我修复的优势,因而成为了生物计算领域的研究热点。基于DNA氢键交换反应及单分子多重级联识别技术,晁洁教授课题组研制了可在二维平面上进行可控运动的自动化DNA系统并构建了单分子巡航系统,为DNA计算的实际应用提供了方法学支撑。


在报告的最后,晁洁教授以“探针形状可分辨”、“探针尺寸可设计”及“核酸序列可编程”三个关键词对DNA纳米技术的现有研究成果进行了总结。问答环节,针对参会老师及同学提出的有关“磁珠筛选产率”、“构型匹配结构探针用作体内检测及制药的可能性”、“多价态五角星DNA结构探针对其他病毒的适用性”等问题,晁洁教授一一进行详细解答,报告圆满结束。