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为解决精确控制生物分子与无机纳米材料结合的问题，研究人员开展了层状双氢氧化物（LDH）与 DNA 相互作用的研究。合成不同粒径的 LDH，发现其对不同长度 DNA 吸附有选择性，这为开发定制的 LDH 载体提供了可能。
在纳米技术蓬勃发展的当下，众多新型无机材料不断涌现，它们凭借量身定制的理化性质，在各个领域展现出巨大潜力。其中，生物分子与无机纳米材料之间的精确结合，成为科研人员关注的焦点。这一结合在生物检测、组织工程、靶向治疗以及药物 / 基因递送等多个前沿领域都有着至关重要的应用。就拿 DNA 与纳米材料的相互作用来说，早期研究主要围绕金纳米颗粒（AuNP）展开，通过控制诸如 DNA 与 AuNP 的比例、盐浓度以及 AuNP 的尺寸等因素，来调控金纳米颗粒表面修饰的 DNA 寡核苷酸数量 。随后，研究范围不断拓展，量子点、碳纳米管、银和氧化铁纳米颗粒等也被纳入研究体系。然而，纳米材料对 DNA 的尺寸选择性，即依据 DNA 长度进行分离的能力，在众多应用场景中依旧存在诸多未解之谜，这严重限制了相关技术的进一步发展与应用。例如，在分子识别、测序、克隆、功能化、生物共轭、DNA 分离和纯化，以及纳米颗粒 - DNA 相互作用等领域，尺寸选择性的不明确使得研究和应用难以深入推进。
在这样的背景下，韩国的研究人员决定深入探索这一领域。他们将目光聚焦于层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides，LDH）与 DNA 的相互作用。LDH 因其独特的结构和诸多优良特性，如高比表面积、易于制备、带正电的层状结构、离子交换能力、生物相容性、低细胞毒性以及可调节的理化性质等，在生物技术和纳米技术领域备受关注。研究人员推测，LDH 与 DNA 之间的相互作用可能存在尺寸选择性，若能揭示其中的奥秘，有望开发出针对不同长度 DNA 的定制化 LDH 载体。
研究人员成功合成了两种具有不同粒径的层状双氢氧化物，分别命名为 LDH - S（小粒径）和 LDH - L（大粒径）。在研究过程中，他们运用了多种技术方法。首先，利用粉末 X 射线衍射对 LDH 的结构进行表征，以此确定其晶体结构和纯度。接着，通过吸附等温线实验，研究 DNA 在 LDH 表面的吸附方式；运用数学拟合的方法，分析不同粒径 LDH 对 DNA 的吸附能力和协同吸附情况。此外，借助凝胶电泳技术，研究不同长度的梯状 DNA 在 LDH 颗粒上的吸附情况；利用 PicoGreen 检测和 zeta 电位测量，探究质粒 DNA（pDNA）与 LDH 的相互作用机制 。
不同粒径 LDH 的结构表征
研究人员通过粉末 X 射线衍射证实了合成的 LDH 具有典型的水滑石结构，其在 2θ 值为 11.42°、22.84°、34.46° 和 60.23° 处的衍射峰，分别对应于（003）、（006）、（012）和（110）晶面，这表明合成的 LDH 相纯度高，无杂质。同时，LDH - L 的衍射峰更为尖锐，说明其晶体比 LDH - S 更大。
DNA 在 LDH 表面的吸附行为
根据吸附等温线结果，DNA 以多层方式吸附在 LDH 表面。数学拟合显示，LDH - S 比 LDH - L 具有更高的吸附容量，但协同吸附作用较弱。这意味着小粒径的 LDH - S 能够吸附更多的 DNA，但 DNA 之间的相互作用相对较弱。
LDH 对 DNA 的尺寸选择性吸附
利用尺寸特异性的梯状 DNA 进行电泳实验，结果证实 LDH 对 DNA 的吸附具有尺寸选择性。小于 800 碱基对的梯状 DNA 优先吸附在 LDH - S 上，而大于 800 碱基对的 DNA 则更倾向于吸附在 LDH - L 上。进一步使用大质粒 DNA 进行结合实验，也证实了 LDH - L 对大 DNA 片段具有更高的吸附效率。研究人员推测，LDH - L 对大 DNA 的这种独特偏好，可能是由于其较大的表面提供了更多周期性静电相互作用位点，使得 DNA 链之间能够产生协同相互作用。
这项研究成果意义重大。它首次明确了不同粒径的层状双氢氧化物对不同长度 DNA 的吸附选择性，为开发定制化的 LDH 载体提供了理论依据。这一成果有望在生物检测、基因递送等领域得到广泛应用，例如，可根据实际需求设计特定粒径的 LDH，实现对短链 DNA（如反义寡核苷酸）或长链 DNA（如质粒）的高效稳定结合与递送，从而推动相关生物技术和医学领域的发展。该研究成果发表在《Applied Clay Science》上，为该领域的研究开辟了新的方向。
