电极上基因长度混合DNA单分子层的组装及无细胞表达功能特性表征

金电极因其导电性、化学稳定性、生物相容性以及可通过硫醇-金化学便捷功能化，而成为生物电子学和无细胞合成生物学平台中极具吸引力的基底。在此，研究了组装于平面金电极上的基因长度DNA单分子层作为无细胞蛋白表达的可重复使用模板。采用硫醇修饰的sfGFP基因表明，通过改变孵育期间的DNA浓度，可以调控DNA表面密度；固定化基因能够直接从电极表面支持无细胞sfGFP表达。此外，还考察了施加电压、储存、重复反应、还原剂以及蛋白污染对单分子层稳定性和表达输出的影响。尽管某些条件会导致可重复表达活性的丧失，但致密的化学吸附单分子层在中性、非还原条件下仍可保留部分功能，并且对蛋白暴露具有相对较强的耐受性。相比之下，低密度物理吸附单分子层中，DNA损失与表达输出之间表现出更强的相关性。最后，在利用金介导的荧光淬灭监测DNA构象变化时，表面结合DNA表现出电泳可寻址性。综上，这些结果确立了DNA功能化平面电极作为模块化、可寻址无细胞表达平台的有前景基础。

金电极因其导电性、化学稳定性、生物相容性以及可通过硫醇-金化学便捷功能化而成为生物电子学和无细胞合成生物学平台的理想基底。本文研究了在平面金电极上组装的全长基因DNA单分子层，作为无细胞蛋白表达的可重复使用模板。采用硫醇修饰的 sfGFP 基因，结果表明通过改变孵育期间的DNA浓度可以调控DNA表面密度，并且固定化基因能够直接从电极表面支持无细胞 sfGFP 表达。此外，还考察了外加电压、储存、重复反应、还原剂以及蛋白污染对单分子层稳定性和表达输出的影响。尽管某些条件会导致可重复表达活性的丧失，但致密的化学吸附单分子层在中性、非还原条件下仍可保留部分功能，且对蛋白暴露具有较强鲁棒性。相比之下，低密度的物理吸附单分子层中，DNA损失与表达输出之间表现出更强的相关性。最后，利用金介导的荧光淬灭监测DNA构象变化时，表面结合DNA表现出电泳可寻址性。综上，这些结果确立了DNA功能化平面电极作为模块化、可寻址无细胞表达平台的一个有前景的基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.05.742923v1?rss=1

🏷️ DNA单分子层 金电极功能化 无细胞蛋白表达 硫醇-金组装 表面固定化基因