浙江
细菌的收缩注射系统通过物理穿刺完成蛋白质递送，这种高效机制长期启发着人工分子机器的设计。2026年8月12日，德国斯图加图大学、马普固体研究所刘娜教授团队在《自然·纳米技术》发表了题为“A programmable DNA origami nanosyringe for directed membrane translocation”的论文，他们利用DNA折纸技术构建了一种纳米注射器，通过DNA燃料驱动的机械滑动实现了膜穿孔、分子转运和膜修复的可逆调控，并在合成细胞中启动了杂交链式反应、RNA转录和催化切割等生化过程。
纳米注射器的骨架由两根长度约70纳米的DNA折纸束构成，它们呈反平行排列，中间通过一颗直径10纳米的金颗粒交联在一起。底部的折纸束修饰了胆固醇基团，能够稳定地锚定到脂质膜表面，另一根折纸束则充当滑动针头，其内部保留了三个直径约2纳米的中央通道，针头末端还设有七个可功能化的位点用于偶联货物分子。在DNA燃料链的触发下，金纳米颗粒通过立足点介导的链置换反应在折纸束内逐级移位，驱动针头向下滑动14纳米，两个步骤累计位移可达28纳米，透射电镜清晰记录了滑动前后的构型变化。这种滑动过程完全依赖于燃料链的有序添加，反向燃料链则能驱动针头上滑复位，整个系统展示了良好的方向性和可逆性。
将纳米注射器加到支撑脂质双层膜上之后，单通道电流记录显示锚定本身不会产生任何电流信号，说明膜完整性保持完好。加入燃料链后，记录到阶梯状的电流增加，这标志着导电孔道的形成，电流-电压关系呈线性且对称，与针头内部中央通道的物理结构高度吻合。穿孔过程可以维持超过一小时的稳定导通，其成孔动力学与天然膜蛋白OmpF和气溶素相当，说明这套人工系统在时间尺度上接近生物原型。研究还发现，当膜的机械阻力增加时，穿孔效率随之下降，膜的力学性质成为针头插入的重要制约因素。在巨型单层囊泡上，共聚焦显微镜确认了纳米注射器垂直锚定于膜面，加入燃料后囊泡内部出现磺基罗丹明B的显著荧光信号，证实小分子通过针头通道进入囊泡；带负电的羧基荧光素通透性明显降低，而3千分子量的葡聚糖-cy3则完全无法通过，验证了通道的电荷选择性和尺寸排阻效应。
利用这套注射器，刘娜和同事在合成细胞内部实现了膜局部的杂交链式反应。他们将两种发夹DNA预先封装在囊泡内，同时在针头尖端偶联引发链，燃料驱动针头下穿后引发链进入囊泡内部并依次打开发夹，触发聚合反应形成长链DNA聚合物，这些聚合物沿内膜环状分布，构筑了人工DNA皮层结构。在此基础上，针头将T7启动子激活剂递送至囊泡内部，启动了Spinach RNA适配体的转录，12小时后囊泡内出现明显荧光；10-23 DNAzyme也被针头递送进入囊泡，在镁离子辅助下催化切割靶向RNA底物，导致荧光恢复。这些实验证明纳米注射器不仅能递送小分子和核酸，还能激活复杂的酶促反应，并且所有过程都受到燃料链添加时间的精确控制。这种集机械驱动、分子转运和生化调控于一体的DNA纳米器件，为模拟细菌收缩注射系统的功能原理提供了全新路径，也为智能响应型药物递送和合成细胞调控模块的开发奠定了基础。
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