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自然界衍化出了以蛋白框架為代表的模板結(jié)構(gòu)，用于引導(dǎo)生物礦化過程，生成各種復(fù)雜、精巧的生物硬組織。盡管過去十年，生物礦化及仿生礦化領(lǐng)域有長足的進(jìn)展，如仿生貝殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，但是設(shè)計程序可控的仿生礦化方法仍面臨諸多困難，比如磷酸鈣（Calcium Phosphate, CaP）的礦化過程就受到無法精準(zhǔn)控制形貌和缺乏普適性方案的限制。

  近日，上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院樊春海團(tuán)隊提出了一種解決思路：即利用框架核酸作為模版，以靜電相互作用為驅(qū)動力，制備具有規(guī)定形貌的礦化CaP納米晶體。該工作以“DNA Framework-Encoded Mineralization of Calcium Phosphate“為題，于2020年1月2日在線發(fā)表在Cell期刊旗下的Chem雜志中。劉小果、靖薪薪為論文的共同第一作者，樊春海為通訊作者。

  在眾多生物礦物中，作為人體骨骼和牙齒主要無機(jī)組分的磷酸鈣（CaP），其合成與結(jié)構(gòu)設(shè)計倍受研究者親睞。但由于存在非經(jīng)典成核過程及復(fù)雜的相組成與變化，使得合成精細(xì)的CaP納米結(jié)構(gòu)困難重重。團(tuán)隊利用框架核酸為模版來誘導(dǎo)CaP納米晶體的礦化過程，成功地按照預(yù)設(shè)形貌制備出相應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，并因為CaP外殼的保護(hù)作用，使得DNA的環(huán)境耐受性得以增強(qiáng)，進(jìn)一步拓寬了DNA納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。

分子動力學(xué)模擬及同步輻射小角X射線散射數(shù)據(jù)揭示DNA四面體誘導(dǎo)CaP生長的早期過程

論文指出DNA磷酸骨架與Ca離子之間的親和性以及可編碼的DNA結(jié)構(gòu)是控制CaP礦化以獲得規(guī)定幾何結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，并且CaP外殼不僅可以保留框架核酸的結(jié)構(gòu)信息，也能夠作為保護(hù)層增加功能性核苷酸在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。團(tuán)隊認(rèn)為，只要化學(xué)反應(yīng)條件滿足框架核酸的耐受范圍，這種策略就有希望應(yīng)用于諸如碳酸鈣和金屬氧化物等具有光學(xué)、電學(xué)和磁特性的眾多無機(jī)材料的結(jié)晶控制中。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929419305509