自然界衍化出了以蛋白框架为代表的模板结构，用于引导生物矿化过程，生成各种复杂、精巧的生物硬组织。尽管过去十年，生物矿化及仿生矿化领域有长足的进展，如仿生贝壳结构的构建，但是设计程序可控的仿生矿化方法仍面临诸多困难，比如磷酸钙（Calcium Phosphate, CaP）的矿化过程就受到无法精准控制形貌和缺乏普适性方案的限制。近日，上海交通大学化学化工学院樊春海团队提出了一种解决思路：即利用框架核酸作为模版，以静电相互作用为驱动力，制备具有规定形貌的矿化CaP纳米晶体。该工作以“DNA Framework-Encoded Mineralization of Calcium Phosphate“为题，于2020年1月2日在线发表在Cell期刊旗下的Chem杂志中。刘小果、靖薪薪为论文的共同第一作者，樊春海为通讯作者。

在众多生物矿物中，作为人体骨骼和牙齿主要无机组分的磷酸钙（CaP），其合成与结构设计倍受研究者亲睐。但由于存在非经典成核过程及复杂的相组成与变化，使得合成精细的CaP纳米结构困难重重。团队利用框架核酸为模版来诱导CaP纳米晶体的矿化过程，按照预设形貌制备出相应的几何结构，并因为CaP外壳的保护作用，使得DNA的环境耐受性得以增强，进一步拓宽了DNA纳米结构的应用领域。

分子动力学模拟及同步辐射小角X射线散射数据揭示DNA四面体诱导CaP生长的早期过程

论文指出DNA磷酸骨架与Ca离子之间的亲和性以及可编码的DNA结构是控制CaP矿化以获得规定几何结构的关键，并且CaP外壳不仅可以保留框架核酸的结构信息，也能够作为保护层增加功能性核苷酸在细胞内的转运效率。团队认为，只要化学反应条件满足框架核酸的耐受范围，这种策略就有希望应用于诸如碳酸钙和金属氧化物等具有光学、电学和磁特性的众多无机材料的结晶控制中。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929419305509