化学家利用DNA建造了世界上最小的天线

就像一个可以接收和发射无线电波的双向无线电一样，由Alexis Vallée-Bélisle和他的团队设计的荧光纳米天线接收一种颜色的光，并根据它所感知的蛋白质运动，然后将光线传回另一种颜色，我们可以检测到。这些纳米天线的主要创新之一是，天线的接收器部分(亮绿色)也被用来通过分子相互作用来感知蛋白质的分子表面。来源: Caitlin Monney

Université de Montréal的研究人员创造了一种纳米天线来监测蛋白质的运动。据本周《自然方法》杂志报道，该装置是一种监测蛋白质结构随时间变化的新方法，可能有助于科学家更好地理解自然和人类设计的纳米技术。

UdeM化学教授Alexis Vallée-Bélisle是这项研究的资深作者，他说:“这个结果非常令人兴奋，我们目前正在努力建立一家初创公司，将这种纳米天线商业化，让大多数研究人员和制药行业都能使用它。”

天线的工作原理就像双向无线电

40多年前，研究人员发明了第一个DNA合成器，用来生成编码遗传信息的分子。“近年来，化学家们已经意识到DNA也可以用来构建各种纳米结构和纳米机器，”这位同时担任加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席的研究员补充道。

“受DNA‘类乐高’特性的启发，我们创造了一种基于DNA的荧光纳米天线，它可以帮助描述蛋白质的功能。”他说

“就像一个既能接收又能发射无线电波的双向无线电一样，荧光纳米天线接收一种颜色或波长的光，然后根据它感知的蛋白质运动，将光线传回另一种颜色，我们可以检测到。”

这些纳米天线的主要创新之一是，天线的接收器部分也被用来通过分子相互作用来感知蛋白质的分子表面。

利用DNA来设计这些纳米天线的主要优势之一是，DNA化学相对简单且可编程，”斯科特·哈伦(Scott harron)说，他是该校化学博士生，也是该研究的第一作者。

他说:“这种基于dna的纳米天线可以以不同长度和灵活性合成，以优化其功能。”“我们可以很容易地将荧光分子附着在DNA上，然后将这种荧光纳米天线附着在生物纳米机器上，比如酶。

“通过仔细调整纳米天线的设计，我们创造了5个纳米长的天线，当蛋白质执行其生物功能时，会产生不同的信号。”

科学家们相信，荧光纳米天线为生物化学和纳米技术开辟了许多令人兴奋的途径。

“例如，我们能够第一次实时检测碱性磷酸酶与各种生物分子和药物的功能，”哈伦说。“这种酶与许多疾病有关，包括各种癌症和肠道炎症。

“除了帮助我们了解自然纳米功能或故障,因此导致疾病,这种新方法还可以帮助化学家识别有前途的新药以及指导纳米工程师开发改进的纳米机器,“多米尼克Lauzon补充说,他是这项研究的合作者之一在UdeM做化学博士学位。

科学家们说，这些纳米天线的一个主要进步也是它们的易用性。

Vallée-Bélisle说:“也许最让我们兴奋的是，世界上许多实验室都配备了传统的荧光光谱仪，可以很容易地利用这些纳米天线来研究他们喜欢的蛋白质，比如识别新药或开发新的纳米技术。”

关于这个研究

Alexis Vallée-Bélisle等人的《利用荧光纳米天线监测蛋白质构象变化》于2021年12月30日发表在《自然方法》杂志上。资助由加拿大自然科学与工程研究委员会提供;研究基金会Québec -自然和技术;加拿大研究主席;魁北克蛋白质功能、工程和应用研究网络;Université de Montréal。