精準控制合成過程和分子結構是材料化學領域長期存在的基本挑戰(zhàn)和學術前沿。探索新的材料體系，并研究其分子基礎，如同建造大樓——磚塊和堆砌方式等因素決定大樓的用途和品質。生命系統(tǒng)中心法則的分子基礎正是精準化學的典范：脫氧核糖核酸（DNA）精準編碼遺傳基因信息，將基因信息轉錄為核糖核酸（RNA），進一步翻譯為蛋白質。
受生命系統(tǒng)創(chuàng)造物質的啟發(fā)，我們能否像基因一樣精準合成功能材料？一個順理成章的答案是，直接利用DNA合成功能材料，利用DNA合成生命之外的物質！將DNA作為“磚塊”，這樣的磚塊有四種不同的結構，即含有A、T、C、G堿基的脫氧核糖核苷酸四種單體。四種單體可以按照人們的設計任意連接在一起，從而形成一條序列完全可控可調的大分子鏈。磚塊的堆砌方式也很特別，像拼裝樂高積木，接頭處經過設計可以像鑰匙與鎖一樣精確對應，即A與T、C與G特異性配對結合。因為這樣獨特性質的磚塊和堆砌方式，DNA分子拼裝而成的功能材料具有分子結構精準可控、組裝過程精確高效、材料功能精確可調的優(yōu)勢，是精準創(chuàng)制功能材料的理想分子體系。
圖1. DNA功能材料：從結構組裝、功能調控到生物醫(yī)用
近年來，仰大勇教授團隊聚焦DNA生物功能材料研究，他們結合團隊的研究進展，受邀在Accounts of Materials Research上發(fā)表題為“Gene-like Precise Construction of Functional DNA Materials”的評述文章。在這篇Account里，他們對DNA功能材料的創(chuàng)制策略與生物醫(yī)用進行了歸納和總結。在分子尺度、納米尺度和宏觀尺度，分別以樹枝狀DNA、DNA納米復合物和DNA水凝膠為例，討論了DNA功能材料的精準創(chuàng)制策略，分析了利用DNA功能材料在生物功能調控、生物檢測成像、基因藥物遞送和細胞工程等方面的應用案例，展望了“像基因一樣精準創(chuàng)制DNA功能材料”作為一種功能材料創(chuàng)制的典型范式，有望結合其他分子體系、方法和技術，推動精準材料化學的發(fā)展。
DNA功能材料作為一類新興的生物醫(yī)用材料，仍處于發(fā)展的初級階段，需要針對應用需求發(fā)展更多的分子組裝策略，創(chuàng)制結構和功能精準可控的材料，并且在生物醫(yī)用方面解決有效性、安全性和實用性等問題。
原文鏈接： https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00164
仰大勇教授團隊以生物大分子DNA為研究主線，聚焦DNA生物功能材料化學組裝與智能制造，并用于生命分析和疾病治療。
課題組主頁：http://yanglab-dna.com/
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