Een milieuvriendelijke methode om DNA-koper nanobloemen te synthetiseren met een hoge belastingsefficiëntie, lage cytotoxiciteit, en een sterke resistentie tegen nucleasen is ontwikkeld door professor Hyun Gyu Park van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering en zijn medewerkers.

Het onderzoeksteam heeft met succes een bloemvormige nanostructuur gevormd in een milieuvriendelijke toestand door gebruik te maken van interacties tussen koperionen en DNA-bevattende amide- en aminegroepen. De resulterende nanobloemen vertonen een hoge DNA-laadcapaciteit naast een lage cytotoxiciteit.

Bloemvormige nanokristallen genaamd nanoflowers hebben de aandacht getrokken vanwege hun onderscheidende kenmerken van hoge oppervlakteruwheid en hoge oppervlakte-tot-volumeverhoudingen. De nanoflowers zijn op veel gebieden gebruikt, waaronder katalyse, elektronica, en analytische chemie.

de laatste tijd, er zijn doorbraken in het onderzoek gedaan bij het genereren van hybride anorganisch-organische nanobloemen die verschillende enzymen als organische componenten bevatten. De hybridisatie met anorganische materialen verhoogde de enzymatische activiteit aanzienlijk, stabiliteit, en duurzaamheid in vergelijking met de overeenkomstige vrije enzymen.

Over het algemeen, de vorming van eiwit-nanokristallen vereist een hoge warmtebehandeling, dus het heeft beperkingen voor het bereiken van de hoge laadcapaciteiten van intact DNA.

Het onderzoeksteam heeft het probleem aangepakt, gericht op het feit dat nucleïnezuren met goed gedefinieerde structuren en selectieve herkenningseigenschappen ook amide- en aminegroepen in hun nucleobasen bevatten. Ze bewezen dat bloemachtige structuren kunnen worden gevormd door nucleïnezuren als synthetische sjabloon te gebruiken, wat de weg vrijmaakte voor het synthetiseren van de hybride nanobloemen die DNA als een organische component bevatten in een milieuvriendelijke staat.

Het team bevestigde ook dat deze synthetische methode universeel kan worden toegepast op alle DNA-sequenties die amide- en aminegroepen bevatten. Ze zeiden dat hun aanpak vrij uniek is, aangezien de meeste eerdere werken zich richtten op het gebruik van DNA als een linker om de nanomaterialen te assembleren. Ze zeiden dat de methode verschillende voordelige eigenschappen heeft. Eerst, de 'groene' synthetische procedure bevat geen giftige chemicaliën, en vertoont een lage cytotoxiciteit en een sterke resistentie tegen nucleasen. Tweede, de verkregen nanobloemen vertonen uitzonderlijk hoge DNA-laadcapaciteiten.

Bovenal, zulke superieure eigenschappen van hybride nanoflowers maakten de gevoelige detectie van verschillende moleculen mogelijk, waaronder fenol, waterstof peroxide, en glucose. DNA-koper nanobloemen vertoonden een nog hogere peroxidase-activiteit dan die van eiwit-koper nanobloemen, wat te wijten kan zijn aan het grotere oppervlak van de bloemvormige structuren, waardoor een grotere kans ontstaat om ze toe te passen op het gebied van detectie van waterstofperoxide.

Het onderzoeksteam verwacht dat hun onderzoek diverse toepassingen zal creëren op veel gebieden, waaronder biosensoren, en verder zal worden toegepast in therapeutische toepassingen.

Professor Park zei:"De anorganische component in de hybride nanobloemen vertoont niet alleen een lage cytotoxiciteit, maar beschermt ook het ingekapselde DNA tegen splitsing door endonuclease-enzymen. Met behulp van deze functie, de nanostructuur zal worden toegepast bij de ontwikkeling van gentherapeutische dragers."