Последние достижения ДНК-нанотехнологии продемонстрировали беспрецедентные возможности в конструировании функциональных наноразмерных устройств благодаря структурным особенностям ДНК и ее уникальным способностям формировать комплементарные связи. Контролируемое высвобождение – важная составляющая многих процессов, от доставки лекарств до ингибирования коррозии. В последние несколько лет не угасает интерес мезопористому оксиду кремния как носителю каких-либо веществ. Считается, что этот материал нетоксичен, высокостабилен, имеет огромную площадь поверхности и известный размер пор, благодаря чему частицы из мезопористого оксида кремния можно использовать как отличные контейнеры для хранения и доставки самых разнообразных агентов. А рН-чувствительная i-форма ДНК позволяет создать быстрый и обратимый переключатель, запускающий или останавливающий высвобождение вещества из мезопористого контейнера.
Учёные из Китая реализовали эту идею следующим образом: они заткнули поры кремниевой частицы золотыми шариками, как пробками. Для этого к поре и шарику были прикреплены молекулы ДНК, комплементарные друг другу. В «базовых» условиях при рН около 8 две молекулы ДНК формируют двойную спираль, в результате чего золотой шарик удерживается около поры, затрудняя выход веществ, загруженных внутрь мезопористой частицы. В кислой среде при рН 5 одна из цепей ДНК – та, что связана с золотой наночастицей – принимает i-форму, и золотые шарики оказываются в растворе, не мешая содержимому контейнера выходить наружу (рисунок 1).
Сначала учёные проверили, что выбранные молекулы ДНК действительно связываются друг с другом и что это связывание обратимо разрушается при добавлении кислоты. Для этого они использовали флуорофор родамин зелёный и тушитель флуоресценции Dabcyl, которые были присоединены к разным молекулам ДНК. Благодаря эффекту FRET при формировании дуплекса наблюдается слабая флуоресценция, а при разрушении двойной спирали – яркая флуоресценция родамина зелёного (рисунок 2).
После этого учёные синтезировали частицы, показанные на рисунке 1, и заполнили их модельным веществом – красителем родамином B. Как выяснилось, в кислой среде родамин начинает высвобождаться в раствор, а при подщелачивании это высвобождение прекращается; при повторном подкислении начинается вновь (рисунок 3). Для переключения с «открытого» состояния контейнера на «закрытое» и наоборот требуется лишь несколько секунд.
Работа «A pH-driven DNA nanoswitch for responsive controlled release» опубликована в Chemical Communications.
