武汉大学周翔院士Adv. Mater.:纳米多孔晶体材料的核酸识别和应用

一、【导读】

核酸，包括DNA和RNA，是所有生物遗传物质中的关键分子，在遗传信息的储存、传递和表达中起着重要作用。核酸识别在生物技术、诊断和治疗中起着至关重要的作用。因此，识别和操作核酸的能力对于科学和医学的各种应用至关重要。MOFs（金属有机框架）、COFs（共轭有机框架）、超分子有机框架(SOFs)具有高度有序的多孔结构、可调节的孔径和较大的比表面积，这些结构赋予它们吸附、荧光猝灭/发射和电催化等方面显著的优势。纳米多孔晶体材料作为核酸识别和应用的有效平台具有巨大的潜力。这些材料具有高度有序和均匀的孔隙结构，以及可调节的表面化学和孔径，使其成为核酸提取、检测和递送的良好载体。

二、【成果掠影】

武汉大学化学与分子科学学院周翔院士团队综述了金属有机框架(MOFs)、共轭有机框架(COFs)和超分子有机框架(SOFs)三种纳米孔晶体材料用于核酸识别的最新研究进展。探索了使三种纳米孔晶体材料功能化的不同策略，以特异性地识别核酸靶标。重点介绍了它们在核酸选择性分离和检测中的应用，此外还有DNA/RNA传感器、基因递送剂、宿主DNAzymes和基于DNA的计算，以及包括催化、数据存储和仿生学的应用。新型纳米多孔晶体材料的发展，增强了生物相容性，为核酸分析和治疗领域开辟了新的途径，为开发具有广泛应用价值的敏感、选择性和成本效益的诊断和治疗工具铺平了道路。相关成果以“Nanoporous Crystalline Materials for the Recognition and Applications of Nucleic Acids”为题发表在国际著名期刊Advanced Materials上。

三、【核心创新点】

综述了MOFs、COFs和SOFs功能化的不同策略以及其在核酸选择性分离和检测中的应用。

四、【数据概览】

图1纳米孔晶体材料(MOFs, COFs, SOFs) 用于核酸识别和应用© 2023 Wiley

图2 Co-IRMOF-74-IV与结构核酸相互作用模式示意图© 2023 Wiley

图3 核酸功能化纳米MOFs作为药物控释刺激反应载体的加载和门控原理图© 2023 Wiley

图4 仿生MOFs的应用© 2023 Wiley

图5 MOFs在分离、数据存储和DNA清除中的应用© 2023 Wiley

图6 常见的碳纳米管单体分子及构建碳纳米管的代表性反应© 2023 Wiley

图7 TpDh-DT COFs的制备、肿瘤细胞特异性成像及治疗应用© 2023 Wiley

图8 COFs用于不同目标分析物的电化学传感© 2023 Wiley

图9 COFs用于不同目标分析物的荧光成像© 2023 Wiley

图10一系列通过CB和(E)-1-methyl-4-styrylpyridin-1-ium自组装合成的新型水溶性软材料© 2023 Wiley

五、【成果启示】

MOFs、COFs和SOFs在核酸识别及相关领域的应用有望彻底改变各种疾病的诊断和治疗。然而，这些材料也面临着一些限制和挑战，包括稳定性和生物相容性，合成和表征，选择性和特异性。未来的发展趋势可能集中在设计更稳定和生物相容性的框架，并优化其合成和表征方法，以提高选择性和特异性。这些框架与其他生物分子和材料的集成也可能使具有增强性能和功能的混合材料的制造成为可能。尽管存在一些挑战，MOFs、COFs和SOFs的发展仍然是一个重要的研究领域，在未来具有重要的潜在应用。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305171

本文由小艺撰稿