解码分子如何相互交谈以开发新的纳米技术
感谢蒙特利尔大学加拿大科学家的开创性工作，生命起源的两种分子语言已被成功重建并经过数学验证。
这一突破性成果本周发表在《化学学会杂志》上，为纳米技术的发展打开了新的大门，其应用范围涵盖生物传感、药物输送和分子成像。
生物体由数十亿个纳米机器和纳米结构组成，这些纳米机器和纳米结构进行通信以创建能够做许多基本事情的高阶实体，例如移动、思考、生存和繁殖。
该研究的首席研究员、UdeM 生物工程教授 Alexis Vallée-Bélisle 表示：“生命出现的关键依赖于分子语言(也称为信号传导机制)的发展，这确保生物体中的所有分子共同努力完成特定任务。”
例如，在酵母中，在检测到并结合交配信息素后，数十亿个分子将进行通信并协调其活动以启动结合，加拿大生物工程和生物纳米技术研究主席 Vallée-Bélisle 说。
“随着我们进入纳米技术时代，许多科学家认为，设计和编程更复杂和有用的人造纳米系统的关键取决于我们理解和更好地利用生物体开发的分子语言的能力，”他说。
两种语言
一种著名的分子语言是变构。这种语言的机制是“锁和钥匙”：一个分子结合并修改另一个分子的结构，指导它触发或抑制某种活动。
另一种鲜为人知的分子语言是多价性，也称为螯合效应。它的工作原理就像一个谜题：当一个分子与另一个分子结合时，它通过简单地增加其结合界面来促进(或不促进)第三个分子的结合。
尽管这两种语言在所有生物体的所有分子系统中都可以观察到，但直到最近，科学家们才开始了解它们的规则和原理，从而使用这些语言来设计和编程新颖的人工纳米技术。
“鉴于自然纳米系统的复杂性，在此之前没有人能够在同一系统上比较这两种语言的基本规则、优点或局限性，”Vallée-Bélisle 说。
为此，他的博士生、该研究的第一作者 Dominic Lauzon 萌生了创建一个基于 DNA 的分子系统的想法，该系统可以使用两种语言运行。“DNA 就像纳米工程师的乐高积木，”劳宗说。“这是一种非凡的分子，提供简单、可编程且易于使用的化学反应。”
检测抗体的简单数学方程
研究人员发现，简单的数学方程可以很好地描述这两种语言，从而阐明了纳米系统内分子之间通信的参数和设计规则。
例如，虽然多价语言能够控制分子激活或失活的敏感性和协同性，但相应的变构翻译只能控制响应的敏感性。
有了这一新的认识，研究人员使用多价语言设计和制造了一种可编程抗体传感器，可以检测不同浓度范围内的抗体。
“正如最近的大流行所表明的那样，我们精确监测普通人群中抗体浓度的能力是确定人们的个人和集体免疫力的有力工具，”Vallée-Bélisle 说。
除了扩展合成工具箱以创建下一代纳米技术之外，科学家的发现还揭示了为什么一些自然纳米系统可能选择一种语言而不是另一种语言来传达化学信息。
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