单链DNA寡核苷酸在生物和化学领域有着广泛的应用，例如作为反义核苷酸捕捉特定DNA/RNA序列、沉默RNA来抑制蛋白表达、或者作为核酸适配体特异性得结合各种分子。然而，线性DNA单链很容易被外切酶降解，严重阻碍了单链DNA寡核苷酸的应用。将线性DNA单链环化，可以移除端位磷酸基团，从而显著增强其化学稳定性。环化DNA单链还有着额外的应用，例如作为滚环扩增的模板链和组装DNA纳米结构。但现有的酶法或固相方法合成小于20个碱基长度的环状DNA单链是极具挑战性的。以线性模板链和DNA T4连接酶的方法产率很低、无法大规模生产且分子间多聚体的副产物很多，而专用的环化酶则面临着高成本和低产率的问题。

近日，普渡大学的Victoria E. Paluzzi，张崔政和毛成德教授共同开发了一种新型的DNA环化策略。这种策略使用常用的DNA T4连接酶催化，可以低成本、高效(~95%)、大规模(100 µM)地合成短至16个碱基长度的环状DNA单链。

在传统线性模板的基础上，普渡大学课题组在模板的两端引入额外的发卡结构。这种发卡结构不仅可以增加连续碱基的堆积数并稳定其和目标链的配对，同时这样的堆积也有效提高了DNA T4连接酶对于底物的催化效率。不仅如此，DNA发卡结构间的相互斥力也有效减少了目标链间的相互作用力，从而进一步提高模板链-目标链环状复合物的比例。在DNA浓度高达100微摩的溶液体系中，长度为16个碱基的线性链的整体环化产率可以达到惊人的97%，远远高于传统的酶法或固相合成。该工作提供了一种全新且高效的DNA环状短链的合成方法，可以被广泛用于医疗诊断、构造DNA纳米机器人或者DNA水凝胶的原料制备和生产。