【摘要】：DNA是一種天然的結(jié)構(gòu)精巧、具有強(qiáng)大組裝能力的一維納米線。在過去三十年，結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)以其為原材料，成功構(gòu)建了一系列復(fù)雜的不同維度的DNA納米結(jié)構(gòu)，并能對這些結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀、拓?fù)湫再|(zhì)、手性、周期性等進(jìn)行精確控制。構(gòu)建高階DNA納米結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能是結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，以預(yù)制結(jié)構(gòu)（例如tile、DNA折紙等）為“建筑磚塊”再進(jìn)一步組裝是其中一個(gè)可行的辦法。本論文主要研究內(nèi)容為使用高度純化的DNA四面體為“建筑磚塊”構(gòu)建了樹狀和鏈狀的納米結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了生物學(xué)應(yīng)用的相關(guān)研究。主要研究成果如下： （1）DNA四面體的自組裝、純化與定量 本工作將體積排阻色譜法（SEC）和陰離子交換色譜法（AEC）用于大規(guī)模制備高純度的DNA四面體等納米籠，并且提出了一個(gè)準(zhǔn)確定量純化后納米籠的方法。本工作成功純化了一系列不同大小的DNA納米籠結(jié)構(gòu)，其中包括7種不同棱長的DNA四面體（7、10、13、17、20、26、30bp）和1種棱長20bp的三角雙錐結(jié)構(gòu)。這些高度純化、無副產(chǎn)物的DNA納米籠可用于構(gòu)建產(chǎn)率更高的高階DNA納米結(jié)構(gòu)，本工作以DNA四面體二聚體及三聚體為例來進(jìn)行說明，使用SEC純化的DNA四面體構(gòu)建二聚體產(chǎn)率達(dá)到98%，三聚體產(chǎn)率為95%，而使用未純化的“磚塊”來構(gòu)建，產(chǎn)率分別為14%和12%。本工作使用AFM成像直觀地表征了DNA四面體單體、二聚體、三聚體，這表明純化后的DNA納米籠按照我們的設(shè)計(jì)成功構(gòu)建了納米結(jié)構(gòu)，因此，本工作證明了高度純化的DNA納米籠是DNA納米技術(shù)中出色的“磚塊”，這將在DNA納米材料的應(yīng)用中顯現(xiàn)巨大的潛力。 （2）DNA四面體樹狀結(jié)構(gòu)的組裝及其載藥應(yīng)用 本工作成功構(gòu)建了第一代、第二代和第三代（G3）的DNA四面體樹狀結(jié)構(gòu)，通過在四面體上設(shè)計(jì)四個(gè)粘性末端（25個(gè)堿基），然后通過逐層雜交的方式進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。本工作還比較了第一代樹狀分子（G1）和四面體（G0）分別載帶Dox在克服癌細(xì)胞抗藥性方面的效果，數(shù)據(jù)表明以G0（四面體）和G1結(jié)構(gòu)為載體都能對耐藥細(xì)胞的增殖產(chǎn)生抑制，但使用G1結(jié)構(gòu)的抑制效果要優(yōu)于四面體G0。 （3）基于DNA四面體的線性組裝構(gòu)建多色barcode 本工作構(gòu)建了長達(dá)7個(gè)四面體的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，理論尺寸最長為88nm，并使用高分辨率AFM進(jìn)行了表征。AFM數(shù)據(jù)證明了串聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)型并不均一，呈現(xiàn)一字型、L字形、自由蜷曲等多種形貌。本工作以四面體七聚體為基體，在各個(gè)四面體上標(biāo)記Alexa488（綠光）、ROX（橙光）、Cy5（紅光）三種熒光，設(shè)計(jì)了一個(gè)多達(dá)36種barcode的數(shù)據(jù)庫。 （4）基于DNA四面體的多價(jià)aptamer探針的構(gòu)建及其應(yīng)用 本工作使用DNA四面體載帶血小板衍生因子（PDGF） aptamer，，解決了以下幾個(gè)問題：第一，DNA四面體增加了PDGF aptamer在含血清培養(yǎng)基中的穩(wěn)定性，單獨(dú)PDGFaptamer與含血清培養(yǎng)基孵育6小時(shí)左右已開始降解，而與四面體連接后（TH20-1Apt和TH20-4Apt）至少12小時(shí)保持穩(wěn)定；第二，aptamer在DNA四面體上進(jìn)行多價(jià)連接提高了其與靶標(biāo)的親和性；第三，四面體可以將本不能進(jìn)入細(xì)胞的aptamer運(yùn)輸至細(xì)胞內(nèi)，并且進(jìn)入細(xì)胞的過程中，PDGF aptamer起到了一定的靶向作用；第四，四面體-aptamer復(fù)合物有效抑制了癌細(xì)胞的增殖 （5）甘油速率區(qū)帶離心法分離純化DNAorigami 本工作使用甘油速率區(qū)帶離心純化了方塊DNA折紙，甘油速率區(qū)帶離心相比瓊脂糖凝膠電泳具有很明顯的優(yōu)勢：第一，可高通量回收，操作簡單。瓊脂糖凝膠電泳一般可純化0.1-1μg DNA折紙。當(dāng)純化100μg以上時(shí)將是非常繁瑣費(fèi)力的，因?yàn)樵陔娪局蟀ㄌ崛　⒚擕}、濃縮一些步驟。對于甘油速率區(qū)帶離心，一個(gè)離心管一般可回收0.1-100μg DNA折紙，一次離心可以使用多個(gè)離心管，所用的離心管容量大小選擇也較多。并且已有商業(yè)化的設(shè)備可用于梯度混合、組分收集，這使得超速離心法面向自動(dòng)化，更進(jìn)一步推動(dòng)更大規(guī)模的純化；第二，不含DNA嵌入染料、凝膠顆粒等的污染。
[Abstract]:DNA is a natural and delicate one-dimensional nano-wire with strong assembly capability. In the past three decades, structured DNA nano-technology has successfully constructed a series of complex DNA nanostructures with different dimensions, and can precisely control the size, shape, topological properties, hand and periodicity of these structures. The construction of high-order DNA nanostructures to achieve a more complex function is a challenge for structural DNA nanotechnology, which is a viable option for further assembly of the 鈥渂uilding brick鈥

本文編號(hào)：2417312