中国农业大学食品学院程楠副教授在食品安全纳米探针构建方面取得新进展

近日，中国农业大学食品科学与营养工程学院程楠副教授在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）期刊在线发表了题为“Rapid Thermal Drying Synthesis of Nonthiolated Spherical Nucleic Acids with Stability Rivaling Thiolated DNA”的研究论文，提出了一种简化的热干燥法快速构建非硫醇化纳米探针的新策略。

在纳米科学与生物化学研究的前沿，DNA功能化纳米探针/球形核酸（Spherical Nucleic Acids, SNAs）因其在食品安全检测等领域的独特优势，已成为科研领域的关注重点。传统SNAs制备往往依赖于硫醇化DNA与金纳米颗粒（AuNPs）之间的共价键合，但DNA的硫醇化修饰较为复杂，制备成本高。已有研究表明，价格更低的非硫醇化DNA可通过其核酸碱基与金形成强配位键而进行相互作用。但是，目前传统的非硫醇盐老化法需要经历长时间的盐老化处理，极大地限制了SNAs的应用。而该研究报道的热干燥法方法无需硫醇化修饰，通过简单的热干燥步骤，即可快速、高效地合成具有高稳定性的非硫醇化SNAs。

图1.热干燥法制备非硫醇化纳米探针的原理及与盐老化法DNA附着机制的对比。

与金硫（Au-S）键相比，非硫醇DNA的腺嘌呤与金的键强度较低，为了提高吸附稳定性，经典的盐老化策略依赖于较长的聚腺嘌呤(poly-A)嵌段完全吸附来实现多价结合。虽然这种策略可能会增加吸附稳定性，但它会降低DNA的密度，从而可能损害其胶体稳定性。该研究报道的热干燥法制备SNAs的原理（图1）是利用高温条件下竞争性腺嘌呤与金纳米颗粒的吸附相互作用，最终实现非硫醇DNA定向附着。与盐老化法相比，该方法DNA密度更高，这种差异凸显了DNA吸附方式不同，推断热干燥后DNA仅通过末端腺嘌呤碱基吸附。更密集的DNA壳可能会在动力学上阻止竞争配体进入，因此这种方法可增加非硫醇SNAs的整体键合和胶体稳定性（图2）。可见，这种热干燥法不仅显著缩短了SNAs构建的时间，还大幅降低了制备成本，其高稳定性的特点为非硫醇化纳米探针在食品安全检测等领域的广泛应用提供了科学依据。

图2.非硫醇化纳米探针的稳定性研究：(a) 抗盐聚集的保护稳定性，(b, c) 测试作为侧流层析传感探针，在不同浓度血清基质中的适用稳定性，(d, e, f) 在不同基质溶液中DNA解吸附动力学测试对比。

中国农业大学食品科学与营养工程学院博士研究生王鑫为论文第一作者，中国农业大学食品科学与营养工程学程楠副教授和加拿大滑铁卢大学化学系刘珏文教授为论文共同通讯作者，中国农业大学为第一通讯单位。该研究受到国家重点研发计划（No.2022ZD0401901）项目和国家留学基金委（CSC）的支持。