两亲性DNA纳米结构构建的合成凝聚体与类细胞结构

我们的研究致力于利用可编程的两亲性DNA纳米结构来开发模拟生物细胞的人工细胞。我们正在研究这些纳米结构自组装的机制与原因，以及如何使其具备功能复杂性，以应用于药物递送、材料模板化和信息存储等领域。首先，本实验方案介绍了一个简单且模块化的平台，可用于设计兼具结构与功能复杂性的人工细胞。

然后，其他连接DNA浓缩的G型玻璃毛细管提供了一种可靠的制备方法，而我们特别喜欢这种方法的一点是，可以直接在显微镜下观察浓缩物。通过将我们的浓缩物与其他模块化构建单元相结合，我们已经展示了如何利用一种简单的工艺来生成复杂的结构，而无需昂贵的设备或耗时的合成与纯化步骤。

我们的工作使该领域的其他研究人员能够利用两亲性DNA纳米结构构建各自的合成细胞。我们希望其他研究者能够借助这一可靠且简单的实验方案，设计出响应性结构，以帮助解决他们自身的科研问题。首先，使用适用于光学元件的碱性光学清洁剂对玻璃毛细管进行超声处理。

为此，取所需数量的玻璃毛细管，将其放入一个高而窄的容器中，确保毛细管不平躺在容器底部。向容器中加入用去离子水配制的1%碱性洗涤剂溶液，使液面刚好浸没毛细管。轻敲容器，以排除管内滞留的气泡。

将容器 loosely 盖上。将盖好的容器直立放入水浴中，确保盖子不接触水浴中的水。在关闭水浴加热元件之前，在 40 摄氏度下超声处理试管 30 分钟。

然后用去离子水或超纯水彻底冲洗毛细管，至少重复五次，每次冲洗后弃去废液。接着，向容器中的玻璃毛细管内加入异丙醇或乙醇，使液面略高于毛细管。确保毛细管内无截留气泡后，将容器 loosely 盖上。

按照先前演示的方法对毛细管进行超声处理，时间为15至30分钟。妥善处理酒精后，在使用无尘纸操作毛细管的同时，用氮气将其吹干。首先使用预先清洗过的玻璃毛细管制备用于单组分凝聚体的C星混合物。

为此，使用移液器吸取全部60 µL的C星溶液，并小心转移至已清洗并干燥的玻璃毛细管中，避免引入气泡。然后向毛细管两端各加入约9至12 µL的矿物油，以防止C星溶液与空气之间形成自由界面。用纸巾擦干毛细管外壁，确保没有残留油滴，同时避免将矿物油或C星溶液从管中吸出。

使用少量双组分环氧树脂胶，将毛细管的两端完全密封并粘附在玻璃盖玻片上，毛细管扁平面向下。将组装好的装置静置固化，至少三小时，最好过夜。固化约30分钟后，检查胶层是否存在由气泡引起的密封缝隙。

将粘附在盖玻片上的毛细管用锡箔纸包裹，确保箔纸平整地贴合在玻璃盖玻片的底面。将包裹好的样品放入热循环仪中，并按照指定程序进行孵育。单组分凝聚体分布清晰、均一，呈多面体或球形。

毛细管中气泡的存在会干扰凝聚物的自组装过程，常常导致凝聚物在气液界面附近聚集。首先，准备一个大微量离心管，其中含有60微升Tris-EDTA缓冲液中的0.3摩尔氯化钠溶液。然后打开先前制备的毛细管样品，将其粘附到盖玻片上，并使用金刚石刻划笔在粘附区域的每个内端对应的盖玻片底面进行划痕标记。

在此区域折断盖玻片并妥善丢弃。用乙醇彻底清洁毛细管，然后将其干燥。接下来，先用金刚石刻划笔在毛细管底部一侧进行划痕，然后翻转毛细管，再在其正面进行划痕。

确保刻痕线不与油水界面重叠。折断毛细管的两端，保留中间部分并弃去其余部分。将截断的毛细管放入先前准备好的微量离心管中，确保毛细管底部与缓冲液接触。

让凝聚相在重力作用下从毛细管中沉降到缓冲液储液池中，至少静置10分钟。最后，移除剪断的毛细管并妥善弃置。首先，通过让提取出的凝聚相溶液静置至少5分钟，对RNA模板化C星凝聚相进行洗涤。

然后，从液面顶部进行移液，以尽量减少冷凝液的移除，吸取约一半体积的上清液。加入与所移除上清液等体积的0.3摩尔氯化钠Tris-EDTA溶液，以替换移除的上清液，并通过移液混匀。重复上清液移除和缓冲液替换步骤，共进行三个循环。

对于 T7 转录反应体系，先配制 10 毫摩尔的 DFHBI 二甲基亚砜储备液，然后取适量用无 RNA 和 DNA 的水稀释至终浓度为 600 微摩尔。将转录试剂盒组分在冰上解冻。随后使用无菌移液器吸头，在室温下将所示组分加入灭菌的微量离心管中。

用移液器轻轻混匀溶液，并立即用于RNA转录本的合成。具体操作为：将3.3微升由RNA模板化C-stars制备的洗涤后缩合物加入适合显微成像的腔室中，随后加入新鲜配制的转录混合物的全部体积。在将转录混合物加入缩合物后立即开始，持续采集显微镜图像18小时。

通过显微镜观察到荧光素的荧光随时间增强，证实了RNA适配体转录的成功。