DNA折纸技术利用长单链DNA作为支架链，通过数百条短链DNA的特异性互补配对，可在纳米尺度上构建具有预设形态和精确空间位点的纳米结构。凭借良好的可编程性、纳米尺度可寻址性和生物相容性，DNA折纸已在生物传感、纳米制造、药物递送和疾病诊疗等领域展现出广阔的应用前景。

然而，目前DNA折纸结构多采用长度为7249 nt的M13mp18单链DNA作为支架链，其有限的链长在一定程度上限制了DNA折纸结构的尺寸扩展和功能位点数量。采用更长的单链DNA作为支架链，有望构建尺寸更大、结构更复杂且具有更多功能化位点的DNA折纸结构。但长度超过10 knt的单链DNA在生物合成过程中通常存在产量低、制备成本高和规模化生产困难等问题；与此同时，长支架链更易形成复杂的分子内二级结构，也会对DNA折纸的正确组装和折叠效率产生不利影响。

近日，威廉希尔足球官网高秀丽教授联合军事医学研究院郑爱萍教授团队在国际期刊《Materials Today Bio》发表了题为“Bioproduction of ~10 knt single-stranded DNA for constructing large DNA origami structures”的研究论文。该研究建立了一种基于大肠杆菌—辅助噬菌体体系的万级碱基长链单链DNA高效生物合成平台，通过系统优化摇瓶培养条件并开展生物反应器工艺放大，显著提高了约10 knt单链DNA的产量；在此基础上，研究团队利用生物合成的长链单链DNA作为支架链，成功构建了大尺寸三角形和矩形DNA折纸结构，为长链单链DNA的规模化制备及大尺寸DNA折纸的构建提供了新的技术路径。

传统的化学合成方法通常难以直接获得超长单链DNA。PCR、核酸外切酶消化以及基于修饰引物的链分离方法虽可用于制备长链单链DNA，但其产量相对较低，若要满足毫克级制备需求，往往需要进行大量平行反应，存在操作复杂、试剂消耗大和生产成本高等局限。相比之下，基于大肠杆菌和丝状噬菌体滚环复制机制的生物合成策略具有成本较低、链长可调和易于规模化等优势，但随着单链DNA长度增加，其生物合成效率会明显下降。因此，如何提高长度超过10 knt单链DNA的生物合成产量，是实现大尺寸DNA折纸规模化构建的关键问题。

针对长链单链DNA制备效率低、规模化生产困难等问题，研究团队在建立长链单链DNA生物合成体系的基础上，围绕辅助噬菌体感染时间、培养时长、培养基组成、宿主菌株及培养体系pH等关键因素，对摇瓶培养条件进行了系统优化。为进一步提升生产效率和工艺稳定性，研究团队将优化后的培养策略应用于生物反应器，通过实时监测和调控温度、pH、溶解氧及搅拌速度等参数，实现了长链单链DNA生物合成过程的精准控制。结果显示，在生物反应器体系中，长链单链DNA的最高产量达到11.35 mg/L。与既往报道的同等长度单链DNA生物合成方法相比，该体系的产量提高约一个数量级，展现出良好的生产效率和工艺放大潜力。

在获得足量10563 nt单链DNA后，研究团队以其作为支架链，利用caDNAno软件设计并构建了大尺寸三角形和矩形DNA折纸结构。原子力显微镜表征结果显示，两种结构均能够稳定组装，具有良好的结构完整性和形貌一致性。针对长链单链DNA易形成复杂分子内二级结构、进而影响折叠效率的问题，研究团队进一步系统考察了Mg²⁺浓度、退火时间、支架链浓度以及订书钉链与支架链摩尔比等因素对DNA折纸组装效率的影响，为不同形貌大尺寸DNA折纸结构的高效构建提供了优化参数。

与采用传统M13mp18支架链构建的DNA折纸相比，基于10563 nt长链单链DNA构建的大尺寸三角形DNA折纸增加了约100个潜在功能化位点。为验证部分新增外围位点的可修饰性，研究团队在三角形DNA折纸边缘靠近顶点的位置引入Cy5荧光标记订书钉链。琼脂糖凝胶电泳和荧光成像结果表明，Cy5标记订书钉链能够成功组装至大尺寸DNA折纸结构中，说明所验证的外围位点具有功能化修饰的可行性，为后续多种功能分子的集成提供了实验依据。

威廉希尔足球官网硕士研究生卢美岭与军事医学研究院王希伟为该论文共同第一作者，威廉希尔足球官网高秀丽教授与军事医学研究院郑爱萍教授为共同通讯作者。