JACS副主编丨谭蔚泓院士课题组2019年研究成果集锦

NanoLabs

2020-03-03

奇物论联合纳米人编辑部对2019年国内外重要科研团队的代表性成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是中国科学院院士，发展中国家科学院院士，JACS副主编，湖南大学谭蔚泓教授课题组。

谭蔚泓院士长期致力于生物分析化学，化学生物学和分子医学方面的研究，在核酸适体、分子识别、纳米生物传感等领域做了大量系统的原创性工作，主要包括：

1）提出了核酸适体活细胞筛选的新方法，利用获得的分子探针实现了癌症等多种重大疾病细胞的特异性识别,为解决细胞研究缺乏分子探针的难题开辟了全新的途径；

2）探索了分子医学，纳米生物学和化学生物学的交叉研究新方向，开发了DNA胶束、DNA水凝胶等生物纳米新材料；

3）提出多种高灵敏、高时空分辨纳米生物传感方法，在国际生物分析化学领域有着重要的影响。

下面对谭蔚泓院士课题组2019年的部分研究成果进行汇总，供大家学习交流。

（文章以通讯作者为主，因学术水平有限，如有表述不当，敬请批评指正。）

以下分五个部分展开：

Part 1. 生物传感器

Part 2. 近红外成像

Part 3. 适体-药物结合物

Part 4. 人工细胞

Part 5. 其它

Part 1. 生物传感器

1. JACS：用于编程细胞相互作用的细胞膜锚定DNA纳米平台

细胞-细胞相互作用，对单个细胞和多细胞组织的命运和功能都至关重要，而细胞间的相互作用是通过膜上表达的组分介导的。将细胞表面功能化赋予其高生物相容性、高可控性和高稳定性的功能模块，将为研究和操纵这些细胞间反应提供很好的机会。然而，由于细胞膜的复杂性和动态性，这仍是一项技术挑战。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、邱丽萍等人以三维(3D)两亲性金字塔DNA为支架，开发了一种可生物相容、高效和多功能的DNA探针，用于细胞表面工程化。与线性DNA结构相比，这些金字塔探针显示出更高(近100倍)的膜锚定稳定性和更高(约2.5倍)的靶向可及性。同时，它们能够在细胞之间建立特定的、有效的和可调的连接。此外，研究结果表明，紧密连接细胞是启动细胞间通讯的关键。通过结合DNA探针的高可编程性和高多样性，这一策略有望为研究多细胞通信网络提供一个强大的、可设计的膜锚定纳米平台。

Jin Li, Kanyu Xun, Ke Pei, et al. Cell-Membrane-Anchored DNA Nanoplatform for Programming Cellular Interactions. J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b04725

2. JACS：三螺旋末端固定可增强工程化适体亲和性

适体的亲和性依赖于它们的适应性折叠，但适体骨架的过度灵活性通常会阻碍折叠过程。因此，迫切需要设计出具有更稳定和更明确结构的适体。有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、Liqin Zhang，中国海洋大学王赛等人报告了一种通过固定端粒长度与优化的三螺旋结构用于构建稳定适体结构的策略。

首先通过这种方式构建了一种抗溶菌酶适体，其亲和力提高了近10倍。接着在此工程化核酸适体基础上，以DNA四面体为间隔体对适体进行定向设计了一种电化学适体传感器。与无末端固定的适体传感器相比，此适体传感器的检测限降低了180倍，并且对真实红葡萄酒样品中的溶菌酶表现出较高的灵敏度和选择性。这项工作有助于工程化适体实现亲和力的增强，同时为适体传感器在复杂基质中的应用提供了参考。

Lianhui Zhao, Xiaoyan Qi, Xiaochen Yan, et al. Engineering Aptamer with Enhanced Affinity by Triple Helix-Based Terminal Fixation. J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b09292

3. JACS：乏氧激活的PEG化适体/抗体用于提高特异性癌症成像

作为分子识别探针，适体和抗体在癌症的诊断和治疗中起着至关重要的作用。但是，它们的识别能力是基于疾病细胞中靶标的过度表达，而不是靶标的排他性，后者可能导致on-target off-tumor效应。为了解决该局限性，湖南大学谭蔚泓院士、中科院化学研究所方晓红研究员等人报道了一种新策略来开发有条件的适体配合物以识别其细胞表面靶标，但只能在选择性激活后才能识别，该激活是由疾病微环境的特征所确定的，如该项工作选择肿瘤缺氧。

该条件适体是将适体与对缺氧有反应的PEG5000-偶氮苯-NHS结合的结果，PEG在此处充当条件识别的笼蔽部分。更具体地说，笼蔽部分在完整的结合物中无反应并阻止靶标识别。但是，在连二亚硫酸钠存在或低氧（<0.1% O₂）下或在肿瘤微环境中，笼蔽部分会通过允许条件识别细胞表面靶标而作出反应，从而降低on-target off-tumor效应。该工作还证实该策略可用于开发条件抗体。因此，这项研究展示了一种有效策略，用于开发基于适体/抗体的诊断探针和治疗药物用于具有独特的低氧微环境的癌症。

Fang Zhou, Ting Fu, Qin Huang, et al. Hypoxia-Activated PEGylated Conditional Aptamer/Antibody for Cancer Imaging with Improved Specificity. J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b05063

https://doi.org/10.1021/jacs.9b05063

4. JACS: 活细胞表面适体置换反应及其应用

DNA链置换反应在构建复杂的核酸网络方面一直具有重要的科学意义。然而，将基本机制扩展到复杂环境中更多样化的生物分子仍然是具有挑战性的。适体以高亲和力和高选择性与靶生物分子结合，从而为将核酸的能量与不同的信号联系起来提供了一条很有前途的途径。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、上海交通大学Juan Li等人描述了三种方法，可以使用补体DNA(CDNA)、toehold标记cDNA(tcDNA)和单链结合蛋白(SSB)从活细胞表面进行简单有效的适体置换反应。自然膜的复杂物理化学性质严重影响了DNA链置换反应的动力学。Toehold介导和SSB介导的适体置换表现出显著的动力学增强，并且它们能迅速完全去除适体，避免适体内化造成假信号。由于适体置换的简单性，使膜蛋白翻译后的检测成为可能，提高了细胞SELEX的选择效率。

Long Li, Xigao Chen, Cheng Cui, et al. Aptamer Displacement Reaction from Live-Cell Surfaces and Its Applications, J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI:10.1021/jacs.9b07191

https://doi.org/10.1021/jacs.9b07191

5. JACS:活细胞膜上基于多适体的DNA逻辑门的构建以实现癌细胞的特异性识别

准确识别和分离细胞的能力是精确诊断和治疗疾病的基础。基于多个表面标志物逻辑分析的单步细胞识别方法，由于其准确性和有效性将具有独特的优势。

有鉴于此，谭蔚泓院士、上海交通大学韩达等人以识别肿瘤生物标志物的多个DNA适体及信号整合和扩增的联合toehold激活为两个分子键，成功地操作了一个细胞表面装置，该装置可以对多个生物标志物进行AND Boolean逻辑分析，并通过存在或不存在不同的生物标志物，在大量相似的细胞中精确地标记靶细胞亚型。该方法可以实现癌细胞的一步识别和分离，具有良好的灵敏度和准确性，在生物科学、生物医学工程和个性化医学等领域具有广泛的应用前景。

Xu Chang, Chao Zhang, Cheng Lv, et al. Construction of a Multiple-Aptamer-Based DNA Logic Device on Live Cell Membranes via Associative Toehold Activation for Accurate Cancer Cell Identification, J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b05470

6. JACS：CD71作为细胞特异性适体结合分子靶点的解释及结构模拟

胰腺癌是一种与胰腺组织相关的高致死性恶性肿瘤。早期诊断和有效治疗是提高胰腺癌患者生存率的关键。在先前的研究中，采用细胞-SELEX策略获得了一个与胰腺癌具有高结合亲和力的ssDNA适体XQ-2d。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、叶茂等人首先将CD71确定为XQ-2d结合目标。结果发现，CD71的敲除取消了XQ-2d的结合，XQ-2d的结合亲和力与膜结合的CD71有关，而与CD71的总量无关。竞争分析表明，XQ-2d与转铁蛋白(Tf)在CD71上有相同的结合位点，但不与抗CD71抗体结合。然后用表面能量转移(SET)纳米尺测量了XQ-2d与抗CD71抗体的结合位点之间的距离，约为15 nm。此外，分子动力学模拟阐明XQ-2d和Tf的空间结构与CD71竞争结合。接着还设计了XQ-2d介导的胰腺癌靶向治疗，使用基于XQ-2d的复合物来负载阿霉素(Dox)。由于CD71不仅在胰腺癌中过表达，在多种肿瘤中都过表达，该工作为研究潜在的生物标记物提供了一种系统的新方法，也为癌症诊断和治疗提供了有前途的工具，为有效的癌症治疗打开了新的大门。

Xiaoqiu Wu, Honglin Liu, Dongmei Han, et al. Elucidation and Structural Modeling of CD71 as a Molecular Target for Cell-Specific Aptamer Binding, J. Am. Chem. Soc., 2019

https://doi.org/10.1021/jacs.9b03720

7. Nat. Commun.: 磷酸化脂质结合寡核苷酸选择性锚定在高表达碱性磷酸酶的细胞膜上

将脂尾附着在寡核苷酸上已成为构建细胞膜锚定核酸探针的有力技术。然而，在实践中，传统的脂质结合寡核苷酸不能区分不同的细胞膜。有鉴于此，谭蔚泓院士等人报道了一种磷酸化脂质结合寡核苷酸(DNA- lipid-P)用于碱性磷酸酶(ALP)依赖性细胞膜粘附。

在没有碱性磷酸酶(ALP)的情况下，疏水性较差的DNA-lipid-P与细胞膜的相互作用较弱。然而，在高表达的质膜相关ALP存在的情况下，DNA- lipid -P通过酶解去磷酸化转化为脂质结合寡核苷酸(DNA- lipid)。作为这种转化的结果，生成的DNA- lipid比DNA- lipid -P具有更强的疏水性，因此能够原位插入细胞膜。所以，DNA- lipid -P能够选择性地锚定在ALP水平升高的细胞膜上。由于ALP水平升高是某些疾病甚至癌症的重要指标，DNA- lipid -P有望在分子水平上用于细胞膜工程和疾病诊断。

Cheng Jin, Jiaxuan He, Jianmei Zou, et al. Phosphorylated lipid-conjugated oligonucleotide selectively anchors on cell membranes with high alkaline phosphatase expression, Nat. Commun., 2019.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10639-6

Part 2. 近红外成像

8. Angew：NIR-II染料对肽聚糖进行代谢标记用于肠道微生物群体内成像

由于缺乏简便、实时的体内细菌成像策略，目前人们对于哺乳动物肠道菌群的了解还远远不足。厦门大学杨朝勇教授和湖南大学谭蔚泓院士合作设计一种基于NIR-II染料的、对肠道细菌进行活体成像的方法。

实验使用D-丙炔丙氨酸（DPG）对小鼠进行灌胃并收集被DPG标记的肠道微生物群，然后将其通过点击化学与含有叠氮的NIR-II染料进行反应，进而再通过灌胃的方法使得小鼠肠道菌群的肽聚糖被标记上NIR-II染料。在近红外光的辐射下，细菌产生的荧光信号在小鼠肠道内具有较高的空间分辨率和较深的组织穿透性，并且这种化学方法也可用于对不同种类的细菌进行成像，从而扩大了其在微生物学中的适用性。此外，研究通过这一方法也发现肠道菌群的生物分布会受到宿主胃肠动力的显著影响。这一研究所报道的基于NIR-II的代谢标记策略也为在体内观察深层组织中的微生物群提供了首个方案，从而为破译了解这些肠道“暗物质”的复杂生物学提供了一个新的有力工具。

Wei Wang, Chaoyong Yang, Weihong Tan, et al. Metabolic Labeling of Peptidoglycan with NIR-II Dye Enables in vivo Imaging of Gut Microbiota. Angewandte Chemie International Edition. 2019

DOI: 10.1002/anie.201910555

https://doi.org/10.1002/anie.201910555

9. Angew：近红外荧光可视化技术有望转化为通用工具

作为一种方便识别、能检测不同环境及生物分析物的首选工具，荧光可视化技术（FV）正迅速发展。目前，FV主要是基于在可见光波长下具有荧光响应的荧光探针而设计的。尽管目前已取得一些研究进展，但此类探针仍然存在可见光响应的固有问题，如强自体荧光、较大的背景噪音、较差的穿透性等，这是该技术从实验室到临床转化最大的阻碍。

为了突破这些障碍，湖南大学谭蔚泓院士、刘艳岚等人设计了一种简单的NIR-FV策略，该策略通过启动-输入-传导机制可对NIR荧光响应实现肉眼“透视”检测。以光气作为研究对象，发现该方法能高效、快速地将光气诱导的“关-开”近红外荧光响应转换为无仪器、灵敏度高、特异性好、背景干扰和环境干扰小的裸眼读数。通过进一步探索其他近红外响应荧光团，这种策略有望成为一种通用工具，方便、经济、但功能强大地识别和检测许多有害分析物。

Dailiang Zhang, Linlin Wang, Xi Yuan, et al. Naked-Eye Readout of Analyte-Induced NIR Fluorescence Responses by an Initiation-Input-Transduction Nanoplatform. Angew. Chem. Int. Edit., 2019.

DOI: 10.1002/anie.201911113

https://doi.org/10.1002/anie.201911113

Part 3. 适体-药物结合物

10. JACS：生物正交适体-前药共轭胶束分子自组装—癌症化学动力学治疗新策略

化学动力学疗法(CDT)通过对失调的肿瘤自由基稳态的特异性调控，为选择性和逻辑性癌症干预提供了新的可能性。目前的CDT方法很大程度上依赖于经典的Fenton或Haber-Weiss化学反应将内源性过氧化氢(H₂O₂)转化为剧毒的羟基自由基。然而，它们的抗癌效果却受到极大限制，包括它们需要强酸性来进行高效的化学反应，同时肿瘤中H₂O₂不足以及增强抗氧化防御以对抗自由基引起的氧化损伤等。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、刘艳岚等人提出了一种新的概念，将生物正交化学和前药相结合创建了一种新型的适配体药物结合物(ApDC)：适配体-前药共轭物(ApPdC)胶束，用于改善和癌症靶向的CDT。疏水性前药碱基不仅可以促进适配体的自组装，而且还可以通过生物正交化学作为自由基生成剂。深入的机理研究表明，与传统的CDT系统不同，ApPdC胶束能够通过级联生物正交反应在癌细胞中原位激活和自循环产生有毒的C-中心自由基，而不依赖于H₂O₂或pH，同时由于GSH的耗竭而降低了癌症的抗氧化作用，从而实现了协同CDT效应。预计这项工作能为癌症靶向治疗的设计和自由基相关分子机制的研究提供新见解。

Wenjing Xuan, Yinghao Xia, Ting Li, et al. Molecular Self-Assembly of Bioorthogonal Aptamer-Prodrug Conjugate Micelles for Hydrogen Peroxide and pH-Independent Cancer Chemodynamic Therapy. J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b10755

11. Angew：6-letter DNA组装的适体纳米序列用于癌症治疗

作为DNA纳米技术的一个分支，使用Watson-Crick配对来组装得到的DNA和/或RNA（统称XNA）分子，具有比线性双螺旋更复杂的结构，能表现出超出简单信息存储的功能行为。在复杂的生物系统中创造天然DNA/RNA无法侵入的纳米组装体，在扩大DNA中核苷酸数量的同时可增加功能性DNA分子的信息密度。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、佛罗里达州应用分子进化基金会研究所Steven A. Benner等人通过如下两部分展示了6‐letter GACTZP DNA如何在纳米组装中发挥这一特性：(1)从6‐letter DNA文库中进化而来的适体，选择性地结合肝癌细胞；(2)携带药物阿霉素的6‐letter自组装GACTZP纳米序列。携带有阿霉素的适体‐纳米序列组装体，由于适体结合的可选择性可将阿霉素直接导向适体靶向细胞，此纳米组装体可选择性杀死培养中的肝癌细胞。同时，该组装体不会杀死未与适体结合的未转化细胞。综上所述，这种由扩展的遗传字母表构建的结构与药物结合的抗体具有异曲同工之妙，药物可能也是通过这个机制起作用，而其中的抗体则由适体所取代。

Liqin Zhang, Steven A. Benner, Weihong Tan, et al. An Aptamer‐Nanotrain Assembled from 6‐Letter DNA Delivers Doxorubicin Selectively to Liver Cancer Cells. Angew. Chem. Int. Edit., 2019.

https://doi.org/10.1002/anie.201909691

12. JACS：纳米粒搭便车！两步靶向实现肿瘤光热协同免疫治疗

实体瘤占人类癌症的85％以上，对癌症治疗提出了巨大挑战。缺氧、高压、酸化和坏死的肿瘤内环境对肿瘤的生长和进展具有直接的影响。虽然肿瘤内纳米药物的积累结合免疫调节将显著提高治疗效果，但这种潜力受到压缩环境和肿瘤体积明显异质性的挑战。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、邱丽萍等人使用细胞衍生的凋亡小体（Abs）作为载体，并开发了两步靶向平台来实现纳米药物在肿瘤内的蓄积，旨在增强针对实体瘤的治疗效果并应对肿瘤转移和复发的挑战。即将Toll样受体9配体CpG结合到金银纳米棒AuNR表面（AuNR-CpG），在用AuNR-CpG给药后，紫外线照射肿瘤细胞，收集AuNR-CpG/AB。在CpG免疫佐剂和原位光热肿瘤消融肿瘤相关抗原共同刺激的基础上，该平台有望诱导一种有效且持久的肿瘤特异性免疫应答，有利于缓解免疫抑制，解决肿瘤治疗的瓶颈：转移和复发。此外，该系统无需涉及自体恶性细胞，为临床实践提供了一种简便、通用、低风险的治疗方案。

 Liyan Zheng, XiaoXiao Hu, Hui Wu, et al. In vivo Monocyte/Macrophage-hitchhiked Intratumoral Accumula-tion of Nanomedicines for Enhanced Tumor Therapy. J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b11046

https://doi.org/10.1021/jacs.9b11046

13. Angew：具有精确的药物比例的适体-药物偶联物用于联合靶向治疗癌症

联合治疗(药物联合治疗(DCCT))是针对于肿瘤增殖相关的多种机制，能够有效地提高治疗效果，降低药物剂量并有效解决肿瘤对单个药物的耐药性问题。然而，目前大多数的DCCT策略都不能精确地调整药物比例并将其精确地递送至肿瘤细胞内。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、赵子龙和中科院化学所方晓红团队等人合作设计了一种二价适体-药物偶联物(cb- ApDCs)。cb- ApDCs不仅具有高的稳定性、可特异性识别、良好的细胞摄取和酯酶触发释放等优点，而且其中的药物比例也可以被精确调整，从而在不需要复杂化学过程的情况下让单个药物具有更好的协同作用。

Fang Zhou, Peng Wang, Zilong Zhao, et al. Molecular Engineering-Based Aptamer-Drug Conjugates with Accurate Tunability of Drug Ratios for Drug Combination Cancer Targeted Therapy. Angew. Chem. Int. Edit., 2019.

DOI: 10.1002/anie.201903807

https://doi.org/10.1002/anie.201903807

Part 4. 人工细胞

14. JACS：模拟细胞适应性的人工信号反馈网络

受精美的细胞适应性系统的启发，湖南大学谭蔚泓院士、刘巧玲等人在此报告一个动态人工自适应系统的合理设计，该系统能够感知并以独特的方式响应环境压力。利用DNA纳米技术，构建了一个人工信号反馈网络，并将其锚定在一个模型巨膜囊泡（GMV）原生质细胞的表面膜上。这样一个系统需要同时感知传入的刺激并发出反馈反应来消除刺激。

为了实现这一机制，基于DNA的人工信号系统（以下称为DASsys）配备了一个DNA触发诱导DNA聚合物的形成和解离装置。因此，通过一系列刺激诱导的DNA链位移，DASsys可以有效地感知和响应传入的刺激。然后，通过消除刺激，膜表面会回到初始状态，实现周期性反馈机制的形成。总的来说，该策略为构建能够维持细胞内微环境稳态的人工信号系统开辟了一条道路，并有望解决生物工程中新出现的重要挑战。

Hui Liu, Qiuxia Yang, Ruizi Peng, et al. Artificial Signal Feedback Network Mimicking Cellular Adaptivity, J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.8b13816

15. JACS: 仿生、大小可控、可自我降解的癌症靶向DNA纳米花

DNA纳米花（DNA-NFs）作为潜在的纳米载体在生物医学领域的应用受到其生物利用度和治疗效果的限制。有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、张晓兵等人报道了在DNA链中加入含金属的人工类似物来控制NFs的大小和功能，通过与人工三明治基底结合，设计出仿生、大小可控、可自我降解的癌症靶向DNA纳米花（Sgc8-NFs-Fc）。

更具体地说，二茂铁基的引入不仅使Sgc8-NFs-Fc在1000-50nm范围内具有尺寸可控性，而且通过Fenton反应使Sgc8-NFs-Fc在H₂O₂存在下具有自降解性。体外实验证实，Sgc8-NFs-Fc/Dox可以选择性地被蛋白酪氨酸激酶7（PTK7）阳性癌细胞吸收，随后通过Fenton反应裂解，导致其迅速释放药物，并在核积累，增强其细胞毒性。体内实验进一步证明了Sgc8-NFs-Fc具有良好的肿瘤靶向性，能显著提高阿霉素在异种移植瘤模型中的治疗效果。Sgc8-NFs-Fc纳米载体以其可调的尺寸和在H2O2刺激下的按需释药动力学，在药物递送方面具有广阔的应用前景。

Lili Zhang, Razack Abdullah, Xiaoxiao Hu, et al. Engineering of Bioinspired, Size-Controllable, Self-Degradable Cancer-Targeting DNA Nanoflowers via the Incorporation of an Artificial Sandwich Base, J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.8b10795

Part 5. 其它

16. Science展望：水凝胶智能材料实现可编程的CRISPR响应

美国麻省理工学院James J. Collins等人在Science发表文章，报道了一种CRISPR (clustered regularlyinterspaced short palindromic repeats) 关联核酸酶控制的DNA水凝胶，该水凝胶的功能可根据用户自定义的目标核酸序列进行调整。这类刺激响应材料可用于小分子的可控释放、电子设备的控制以及与微流体设备结合实现病毒的检测。谭蔚泓院士等人应邀在Science对此进行点评和展望。

刺激响应水凝胶材料能够对温度、光线、电磁场或pH值变化响应，以用作药物控制释放、响应性涂料、形状记忆材料以及分析传感平台，在法医分析、医学诊断和环境监测等多个领域备受关注。基于DNA的水凝胶具有稳定性、灵活性、精确的可编程性、刺激响应性等优点。但是，交联聚合物必须通过刺激来调控驱动，通常是通过DNA置换反应、适配体靶向结合或酶催化。James J. Collins等人创造性地将CRISPR-Cas (CRISPR-associated)系统整合到DNA水凝胶中，提高了反应灵敏度。具体来说，CRISPR-Cas12a技术包含一个目标DNA效应物核酸酶Cas12a以及互补的向导RNA (gRNA)间隔序列。在该系统中，碱基配对成功能够激活Cas12a核酸酶，进而切割目标双链DNA(dsDNA)或任意单链DNA(ssDNA)。通过在水凝胶系统内部构建Cas12a-gRNA和目标dsDNA匹配对，可以获得一个智能、通用、多功能、灵敏的水凝胶系统。

Da Han, Juan Li, Weihong Tan. CRISPR propels a smart hydrogel. Science.2019

DOI: 10.1126/science.aay4198

https://science.sciencemag.org/content/365/6455/754

17. Chem: 金属交联DNA胶束的球形定向合成及细胞内化增强

DNA胶束是由在末端带有脂质残基的两亲性DNA单体疏水自组装而成，在生物检测和生物医学应用方面显示出巨大的潜力。然而，使单体组装的疏水作用力反过来限制了DNA胶束的进一步应用，因为这种相互作用力很容易被其他分子的疏水残基打断，并且总是受到临界胶束浓度的限制。因此，寻找方便的胶束交联方案以提高体系的稳定性成为人们研究的热点。

有鉴于此，谭蔚泓院士等人介绍了一种简便、通用的DNA胶束原位交联方法--金属离子球形定向还原法。通过在脂质-DNA单体中加入一系列特定的模板结构域，可以形成铜、银和金交联的DNA胶束。通过将表征结果与模拟算法相结合，首次实现了DNA胶束结构的精确分析。所制备的金属交联DNA胶束具有核结构和配体冠一步形成、尺寸可调、单分散性好、抗盐诱导聚集稳定性好、DNA配体利用率高、合成条件温和、耗时少、内化效果好等明显优点。在球形定向合成的基础上，通过整合适体-toehold策略，进一步制备了金属交联的DNA胶束耀斑，用于有效的细胞内成像。此外，将该策略扩展到基于胆固醇的双链DNA胶束，有力地证明了该方法不仅是通用的，而且是灵活的。

Yifan Lyu, Yian Guo, Ren Cai, et al. Spherically Directed Synthesis and Enhanced Cellular Internalization of Metal-Crosslinked DNA Micelles, Chem, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.02.004

18. JACS：奥斯特瓦尔德熟化介导合成均匀可控的MXF

MXF是一种包含两种以上组分的金属有机骨架(MOF)，如具有精确结构的无机纳米颗粒@MOF材料（NP@MOF），其在催化、能源和生物化学等领域具有重要的应用价值。然而，人们对于MXF的生长机制仍然不够了解，这也大大阻碍了对纳米级MXF配合物进行可控设计的研究。

有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士等人报告了一种利用奥斯特瓦尔德熟化介导的将MOF通过异相成核嫁接到单个多齿状无机胶体纳米晶上以制备MXF的方法。该过程依赖于在胶体纳米晶表面的羧酸基团。实验结果证明利用这一方法可以获得均匀的MXF，其中的NPs尺寸范围很广，并且MOF层的厚度也是可控的。研究由此制备了UCNP@ZrMOF并证明其可以实现近红外光激发诱导的单态氧生成。这一工作提出的嫁接策略为MXF的可控设计提供了新的思路，为开发先进功能材料大有帮助。

Yuan Liu, Yu Yang, Yujia Sun, et al. Ostwald ripening-mediated grafting of metal-organic frameworks on a single colloidal nanocrystal to form uniform and controllable MXF, J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b01563

https://doi.org/10.1021/jacs.9b01563

19.JACS：纳米粒子自组装制备二维准纳米片

二维（2D）纳米材料由于其独特的性质和广阔的应用前景，正引起越来越多的研究兴趣。有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、陈卓等人报告了一种简单的方法控制纳米粒子（NPs）的组装来制造独立的2 D准纳米片。生成的2D产品由几层NPs组成，也就是说，它们的厚度只有几十纳米，但是横向尺寸可以达到几微米。因此，这种新结构被称为2D “准纳米片（QNS）”。

具体地说，几种类型的构建块可以通过一个通用的过程组装成2D一元、二元、三元甚至四元QNS。整个组装过程是在溶液中进行的，只需调节NPs周围配体的浓度即可。与传统的组装技术相比，即使没有任何基质或模板，这些QNS显示出极高的稳定性。无论溶剂环境（如水、乙醇、甲醇和正己烷）如何，它们都可以在几天内保持完好而不发生任何分解。总的来说，该方法有效地克服了传统组装技术的一些局限性，并且允许更多的自由控制NPs的组装，这可能对未来具有丰富功能的2D器件的制造来说具有很大的潜力。

Ren Cai, Dan Yang, Keng-Te Lin, et al. Generalized Preparation of Two-Dimensional Quasi-nanosheets via Self-assembly of Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 2019.

https://doi.org/10.1021/jacs.8b12415

除此之外，谭蔚泓院士课题组2019年还发表了一系列重要成果，由于内容较多，在此不一一列出，感兴趣的读者可以前往谭蔚泓院士课题组网站浏览学习。

课题组网站：http://www.tanhnugroup.com

谭蔚泓院士简介

谭蔚泓教授，现任湖南大学副校长、化学生物传感与计量学国家重点实验室（湖南大学）主任，湖南大学化学化工学院、生物学院教授，兼任美国佛罗里达大学杰出教授和冠名主任教授，上海交通大学分子医学研究院院长。

2000年担任佛罗里达大学纳米生物研究中心副主任；2001年被聘为长江学者奖励计划特聘教授；2005年创立湖南大学生物医学工程中心；2010年至2015年担任湖南大学生物学院创院院长；2015年当选中国科学院院士；2016年当选为发展中国家科学院院士；2017年就任湖南大学副校长。

（注：文中人物简介文字及图片均来源于网络）