基于微波加热的一步法快速合成DNA和RNA修饰金纳米颗粒

研究背景：

DNA-AuNP和RNA-AuNP共轭体是一种重要的纳米生物材料，将DNA/RNA物技术、分子诊断、成像、基因调控和药物递送等领域有广泛应用。传统的连接DNA/RNA和AuNP的方法，如盐老化法、酸性法、溶剂法等，存在反应时间长(需2天以上)、需要额外试剂、适用性不强(易受DNA/RNA序列结构影响)等缺点，限制了这些材料的实际应用。

研究内容：

1.开发了一种基于微波加热干燥的新型DNA/RNA-AuNP共轭体制备方法：该方法利用微波加热来破坏DNA/RNA的二级结构，同时快速浓缩反应体系，从而促进AuNP与DNA/RNA的高效偶联。只需2-3分钟的微波加热干燥操作，即可将含硫基团的DNA/RNA或无硫基的多聚T/U标记的DNA/RNA高效偶联到AuNP表面，形成高度稳定的球形核酸(SNA)结构。通过UV-vis光谱、动态光散射、稳定性测试等表征，证明微波法制备的DNA/RNA-AuNP共轭体结构稳定，DNA/RNA含量高。

图1：基于MW辅助加热干燥法快速构建DNA/RNA-AuNP结合物

2. 发现非硫化DNA/RNA的偶联依赖于末端或中间的多聚T/U标签：对比发现，多聚A标签的DNA/RNA无法有效偶联到AuNP，而多聚T/U标签的DNA/RNA能高效偶联。进一步研究表明，多聚T/U标签主要分布在SNA外层，促进了DNA/RNA链的垂直取向吸附在AuNP表面，形成"站立"构象。

图2：依赖于聚（T/U）标签的DNA/RNA-AuNP结合物

3. 该方法可成功用于长链核酸的偶联：成功将CRISPR/Cas9-sgRNA (136 bp)、SARS-CoV-2 RNA片段(1278 bp)和滚环扩增(RCA) DNA产物(>1000 bp)偶联到AuNP，克服了传统方法在长链核酸-AuNP偶联中的局限性。

图3：MW辅助加热-干燥法对DNA-AuNP偶联的机理描述

意义和应用：

该快速(2-3分钟)、简单、低成本且通用的DNA/RNA-AuNP偶联策略，为SNA在生物传感、核酸递送等领域的应用提供了新的可能。

成功构建长链和结构化的DNA/RNA-AuNP纳米结构，为基于AuNP载体的新型核酸递送系统的开发奠定了基础。

该方法还可用于开发基于CRISPR-AuNP的新型DNA单碱基突变检测，或基于CRISPR-AuNP的病毒DNA检测等生物传感应用。

总之，该工作发展了一种新颖的微波加热干燥法制备DNA/RNA-AuNP共轭体，揭示了非硫化DNA/RNA偶联的分子机理，并展示了其在生物医药和纳米技术领域的广泛应用前景，为SNA的制备和应用开拓了新的可能性。

参考文献：Huang, M., Xiong, E., Wang, Y., Hu, M., Yue, H., Tian, T., Zhu, D., Liu, H., Zhou, X., 2022. Fast microwave heating-based one-step synthesis of DNA and RNA modified gold nanoparticles. Nature Communications 13(1), 968.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28627-8