基于核酸修饰的纳米金球形核酸探针（SNA）主要由纳米金（AuNPs）核心和稠密的核酸链组成，通过将核酸的分子识别和可编程性与AuNPs的光学、化学、电学和催化性能相结合，从而赋予其化学物理性质和生物功能，被广泛应用于分子诊断、成像、基因调控和药物输送等领域。
球形核酸制备的最常用方法是盐老化法。该方法通过将盐溶液逐渐添加到巯基或多聚腺嘌呤标记的核酸和AuNPs的混合液中来减少二者之间的电荷排斥作用，但该方法需要大约两天时间才能完成，非常耗时。近年来，研究者们尝试通过低温冷冻，或者添加酸、表面活性剂、聚合物和有机溶剂等开发了一系列新的标记方法，然而这些方法很难在简单快速、低成本、通用性和稳定性上找到平衡。
近日，华南师范大学周小明教授和熊二虎副研究员团队开发了一种基于微波加热法的球形核酸标记技术。该技术通过微波加热的方法可以使巯基或非巯基修饰的核酸链（DAN/RNA）和纳米金溶液的水分在2~3分钟内迅速蒸干，水分的蒸发提高了其局域浓度，从而实现了核酸链在AuNPs表面的稳定标记。此外，由于加热可以拉伸并舒展核酸链，从而破坏其二级结构，释放核酸链与AuNPs表面进行亲和吸附的位点，因此，该方法可以很好地适用于长链和具有复杂二级结构的核酸链的标记，弥补了传统方法在长链核酸标记方面的不足。
图1. 微波辅助加热法快速合成DNA/RNA-AuNP球形核酸
为了验证其可用性，研究人员利用所开发的标记方法将CRISPR/Cas9系统的向导RNA（sgRNA, 136 bp）和滚环扩增的产物（＞1000 bp）标记在AuNPs表面，成功实现了对基因突变和传染性病毒核酸的检测。同时，该方法还实现了对新冠病毒核衣壳蛋白基因片段（N基因，1278 bp）的成功标记。长链RNA与AuNPs的偶联有望产生新的医学应用，如核酸药物和RNA疫苗、基因编辑工具的转运等。
图2. 基于长链DNA/RNA球形核酸的合成与应用
总的来说，研究人员发明了一种简单快速、高效稳定、经济且通用的球形核酸制备方法，可以扩展到几乎所有类型核酸序列的标记，在生物医学和纳米技术领域具有广阔的应用前景。
这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是华南师范大学博士生黄梦琪和熊二虎副研究员。
Fast microwave heating-based one-step synthesis of DNA and RNA modified gold nanoparticles
Mengqi Huang, Erhu Xiong, Yan Wang, Menglu Hu, Huahua Yue, Tian Tian, Debin Zhu, Hong Liu, Xiaoming Zhou
Nat. Commun., 2022, 13, 968, DOI: 10.1038/s41467-022-28627-8
https://www.x-mol.com/groups/zhoulab2020
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