【摘要】：DNA誘導納米粒子(DNA-NP)能組裝成具有納米級基本單元而不是經(jīng)典原子、離子或分子的新型晶體,在醫(yī)學診斷、傳感、數(shù)據(jù)存儲、等離子體和光伏領域有廣泛應用。其中DNA鍵合動力學在DNA接枝納米粒子程序化結晶中起著至關重要的作用。這里我們利用粗�；Ｐ头肿觿恿W方法探究自身互補配對的DNA誘導納米粒子自組裝體系的結晶結構和DNA鍵合動力學性能。當納米粒子上接枝不同數(shù)目的DNA鏈時,我們發(fā)現(xiàn)納米粒子能夠組裝成六方密堆積和面心立方兩種密堆積超晶格,這與實驗結果相吻合。更重要的是,我們借助于均方位移、鍵合百分數(shù)和DNA鍵壽命合理地解釋了DNA鍵合的動力學結晶過程。其中壽命可以用于表征DNA的解離過程,它隨時間呈指數(shù)降低,并且DNA壽命在很大程度上依賴于溫度。我們還發(fā)現(xiàn)DNA修飾的納米粒子結晶需要在合適的溫度范圍內(nèi)。另外由于位阻效應的存在,太高的體積分數(shù)也會阻礙體系結晶。這項工作對將來的納米材料設計提供了非常重要的信息。DNA-NP體系組裝過程由DNA通過特異性堿基配對相互作用鍵合誘導,并且動力學上與DNA雙鏈的解離相關。DNA的理化量,包括熱力學和動力學,是理解這一過程的關鍵,也是DNA-NP晶格設計的關鍵。熔融轉變特性有助于判斷相關的DNA探針或其他應用的熱穩(wěn)定性和靈敏度。通過分子動力學方法研究了熔融性質(zhì)對鍵合區(qū)粘附末端連接處長度和間隔區(qū)長度的依賴性。熔融溫度由基于鍵合百分數(shù)對溫度的S形熔解曲線和林德曼(Lindemann)熔融規(guī)則同時確定。我們提供了一種基于粗�；Ｐ偷挠嬎惴椒�,通過鍵合百分數(shù)來估計從實驗中容易獲得的鍵合焓,熵和自由能。值得一提的是我們計算了基于溫度的DNA鍵解離的壽命和取決于DNA鍵強度的活化能。我們的研究提供了一種預測熔融溫度的良好方法,這對于DNA誘導的納米粒子體系非常重要,并通過定量估計由DNA鍵合百分數(shù)計算出的平衡常數(shù),架起了 DNA誘導納米粒子體系的動力學和熱力學之間的橋梁。另外,我們通過分子動力學模擬研究了鏈剛性對DNA誘導的納米粒子結晶的影響。結果表明,納米粒子上接枝的剛性或柔性鏈均可用于設計有序的超分子結構,但機理不同。對于柔性鏈體系,鍵合非常低,甚至可以忽略,但納米粒子仍然可以呈現(xiàn)體心立方(BCC)排列;然而,由于DNA鍵合相互作用,具有剛性DNA鏈的體系可以誘導納米粒子重排成BCC晶格,并且DNA鍵合相互作用只能在非常窄的長度范圍內(nèi)誘導BCC形成,太長或太短的剛性鏈都不利于納米粒子的重排。采用自洽場理論探究了線形-樹枝狀三嵌段共聚物AB(2g+1-2)C2g+1(縮寫為Gg,g是嵌段B的代數(shù))從G1到G5的平衡相行為。通過改變不同嵌段之間的相互作用參數(shù)、嵌段的體積分數(shù)和樹枝狀嵌段部分的代數(shù),除了無序相,我們發(fā)現(xiàn)八種相:雙色層狀相,三色層狀相,六方相,核殼六方相,四方相,核殼四方相,兩種互相穿插的四方相,帶珠子的層狀相。在研究線形長度對形貌的影響時,我們發(fā)現(xiàn)對于G1和G2,較長的線形嵌段長度(fA=0.5)有利于形成層狀相,但是隨著代數(shù)從3增加到5,傾向于形成六方相;較短的線形長度(fA=0.2)對于G1到G5代均易誘導六方相的形成。隨著代數(shù)從1增加到5,由于結構復雜性,相分離變得越來越難,然而,增大相互作用參數(shù)有助于促進相分離。通過精確調(diào)控樹枝狀嵌段的代數(shù)、線形鏈的長度、線形-樹枝狀三嵌段共聚物的相互作用參數(shù),我們的模擬工作在很大程度上為設計納米材料和模板技術等應用提供新的機遇。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ317;TB383.1
【圖文】：

表１．１邋Ａ型、Ｂ型及Ｚ型螺旋的主要特征概括Ｗ逡逑Ａ型邐Ｂ型邐Ｚ型逡逑旋方向邐ｉ？逡逑徑邐約２．６ｎｍ邐約２．０ｎｍ邐約１．８ｎｍ逡逑匝螺旋堿基對數(shù)目（《）邐１１邐１０邐１２邋（６個二對堿基旋轉角度（＝３６０／？）邐３３°邐３６°邐６０°（每個二對堿基旋轉上升（Ａ）邐０．２６ｎｍ邐０．３４ｎｍ邐０．３７ｎｍ逡逑距邐２．８ｎｍ邐３．４ｎｍ邐４．５ｎｍ逡逑基對與中心軸傾角邐２０°邐６°邐７°逡逑苷鍵邐ａｎｔｉ邐ａｎｔｉ邐ａＨ／／＋邋（卩密捉）逡逑■ｓｙｎ邋（嘌呤）逡逑螺旋方式相互纏繞，形成右手雙螺旋，堿基以平面方式堆積于螺旋電荷的戊糖－磷酸骨架在分子的外側，雙鏈間對應的互補堿基憑借

“基于雜化的ＤＮＡ鍵”的方法使用分支ＤＮＡ結構（在雙螺旋結構之間包含多逡逑個交叉連接的分子）［４］，導致構建體缺乏先前僅具有單個交叉連接鏈［５＿７】的靈活性逡逑并形成大部分所謂的“結構ＤＮＡ納米技術”的基礎（圖１．３ａ）。在這種方法中，逡逑精心設計的ＤＮＡ鏈的雜化和纏結創(chuàng)建了具有可編程鍵合特性的剛性構建模塊，逡逑并允許人們制作具有明確定義的幾何形狀的功能架構。這些分子通常被稱為ＤＸ逡逑瓦塊（ｄｏｕｂｌｅ邋ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ邋ｔｉｌｅｓ）【９】，構象呈剛性［４），后來它們組裝成大晶格丨１Ｇ］，證明它逡逑們可作為編程二維（２Ｄ）納米級構建模塊�！凹{米粒子模板化的ＤＮＡ鍵”的方法引逡逑入了可編程原子等效物的概念，其由剛性非核酸核心組成，表面通過一層高度定逡逑向的單鏈ＤＮＡ密集功能化（圖１．３ｂ）【３］。這種結構現(xiàn)在稱為球形核酸［⑴，化合逡逑（ａ）邐—邐＾邐（ｂ）邐＇逡逑ＤＮＡ邋ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邐Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ－ｂａｓｅｄ邋ｒｉｇｉｄｉｔｙ逡逑，．？邋邐邋、邐逡逑ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ－ｂａｓｅｄ邋ｒｉｇｉｄｉｔｙ逡逑＾邋｜邋）逡逑％邋ｆ邋ｉ－４－Ｖ邋ｒ邋ｒｔｌｗ逡逑ｆｈ／邐ｆ＾－ｒｉ＾ｉ－ＦＦｌ逡逑圖１．３區(qū)分納米級ＤＮＡ鍵［１７］。（３）多鏈交叉和ＤＮＡ雜化產(chǎn)生具有剛性核心的構象約束分子。逡逑（ｂ）剛性納米粒子在表面法線方向上充當固定和組織ＤＮＡ鏈的支架。逡逑價由中心粒子和結構表面上寡核苷酸的密集負載決定；擁擠誘導寡核苷酸鍵鍵逡逑６逡逑

■逡逑■■＿「＿■■■■筆由逡逑圖１．５鏈霉抗生物素蛋白線性陣列的ＴＸＤＮＡ模板化自組裝示意圖。ＰＩ逡逑Ｓｅｅｍａｎ及其同事率先開展了結構ＤＮＡ納米技術研究，該技術的快速發(fā)展激起了逡逑人們對ＤＮＡ折紙結構的興趣。結構ＤＮＡ納米技術的基礎，包括ＤＮＡ折紙，是逡逑ＤＮＡ可以形成固定的分支連接，可以通過粘性末端進一步連接在一起形成高階逡逑結構和晶格［６］。然而，天然存在的分支ＤＮＡ結構由于內(nèi)在序列的對稱性是不穩(wěn)逡逑定的，如Ｈｏｌｌｉｄａｙ交叉（Ｈｏｌｌｉｄａｙ＿ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）［３１］。Ｓｅｅｍａｎ提出通過最小化序列對稱逡逑性可以創(chuàng)建一個固定的Ｈｏｌｌｉｄａｙ交叉，他還建議通過合理設計的粘性末端連接可逡逑以使用固定交叉來生成核酸的三維（３Ｄ）網(wǎng)絡（圖１．６ａ，邋１．６ｂ）邋［６】。成功構建固定逡逑的４臂交叉［５］后

【相似文獻】

相關期刊論文 前8條

1 趙海燕;石曉龍;;DNA Tile 計算簡述[J];廣州大學學報(自然科學版);2019年02期

2 劉濤;;關于幾種植物材料DNA含量差異性的研究[J];中學生物學;2019年03期

3 陳從周;;DNA折紙術——全編程的信息工具[J];廣州大學學報(自然科學版);2019年01期

4 Jiaojiao Zhang;Feng Li;Dayong Yang;;DNA: From Carrier of Genetic Information to Polymeric Materials[J];Transactions of Tianjin University;2019年04期

5 李文送;;DNA甲基化及其生物學功能[J];生物學教學;2014年09期

6 劉慶華;茹慧香;;“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”教學設計[J];中學生物教學;2016年07期

7 丁思思;袁華;羅小虎;李高峰;;植物DNA粗提取與鑒定的簡便方法[J];中學生物教學;2016年19期

8 周苑;;《DNA分子的結構》微課程設計[J];中國信息技術教育;2016年24期

相關會議論文 前10條

1 劉冰;王旭;趙夢真;晁潔;樊春海;;基于DNA折紙術的納米金棒精密修飾[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第二十八分會：化學生物學[C];2016年

2 劉冬生;李闖;程恩雋;邢永政;金娟;;DNA超分子水凝膠及其應用[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第二十四分會：超分子組裝與軟物質(zhì)材料[C];2016年

3 Kaiying Cheng;Hong Xu;Xuanyi Chen;Liangyan Wang;Bing Tian;Ye Zhao;Yuejin Hua;;Structural basis for DNA 5′-end resection by RecJ[A];第五屆中國結構生物學學術討論會摘要集[C];2016年

4 陳南迪;覃詩雅;羊小海;王青;翦立新;王柯敏;;“傳感-治療”的DNA納米裝置在協(xié)同殺傷循環(huán)腫瘤細胞的應用[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三十八分會：納米生物效應與納米藥物化學[C];2016年

5 劉曄華;陳錦艷;江雁;張堅磊;穆紅;;磁珠法提取金黃色葡萄球菌基因組DNA的評價[A];第七屆中國臨床微生物學大會暨微生物學與免疫學論壇論文匯編[C];2016年

6 譚磊;孫悅;周湘;劉偉;;多頭蚴核糖體DNA及線粒體DNA多態(tài)性研究[A];中國畜牧獸醫(yī)學會獸醫(yī)寄生蟲學分會第十三次學術研討會論文集[C];2015年

7 葉俏;沈潔;嚴婷婷;王宙政;;原發(fā)性干燥綜合征患者血漿循環(huán)DNA與疾病活動相關性研究[A];2015年浙江省風濕病學學術年會論文匯編[C];2015年

8 周嘉嘉;FriederikeSchmid;;計算模擬研究DNA和聚電解質(zhì)的結合[A];2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題E 高分子理論計算模擬[C];2015年

9 Yuan Zhang;Yanlong Chen;Gaigai Xu;Chen Lan;Shaige Xia;Wenjie Zhao;Shusheng Zhang;;Endogenous DNA adducts method establishment and Human Biomonitoring[A];河南省化學會2016年學術年會論文摘要集[C];2016年

10 孫覓;辛麗斐;劉宏;;基于濃差電池原理高靈敏檢測DNA的傳感器[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第四分會：生物分析和生物傳感[C];2016年

相關重要報紙文章 前10條

1 黃辛;DNA骨架硫修飾研究又獲新成果[N];科學時報;2011年

2 本報記者 辛明;鄧亞軍：災難現(xiàn)場的DNA斗士[N];中國青年報;2011年

3 本報記者 歐陽曉紅　韓宋輝;“可怕”的友邦DNA 267億港元凈利從何而來[N];經(jīng)濟觀察報;2015年

4 本報記者 馬愛平;基因編輯應用前景好 但自行改變DNA不現(xiàn)實[N];科技日報;2019年

5 深圳特區(qū)報首席記者 孫錦;解讀DNA惠及世界患癌兒童[N];深圳特區(qū)報;2018年

6 記者 馮衛(wèi)東;DNA分子計算為可編程藥丸鋪路[N];科技日報;2018年

7 本報記者 李禾;DNA折紙術，“折”出生命所需神奇圖案[N];科技日報;2019年

8 記者 劉霞;美日創(chuàng)建迄今最大DNA基因模型[N];科技日報;2019年

9 任芳言;古DNA揭示馬的身世[N];中國科學報;2019年

10 記者 馮衛(wèi)東;基因剪刀剪切DNA過程首次捕獲[N];科技日報;2019年

相關博士學位論文 前10條

1 鄭濤;DNA磷硫�；揎椀鞍譊ndEi的功能和磷硫�；揎楊l率的研究[D];上海交通大學;2017年

2 李洋;利用表面增強拉曼光譜檢測無標記DNA分子結構[D];吉林大學;2019年

3 王羚瑤;HeLa細胞核抽出物中一種新的具有H2A.Z置換活性組分的純化和鑒定[D];吉林大學;2019年

4 李錦;基于螺吡喃分子開關的G—四鏈體DNA熒光探針的構建與應用研究[D];西北大學;2019年

5 于秋彥;DNA誘導的納米粒子自組裝的分子動力學模擬及嵌段共聚物的自洽場理論模擬研究[D];南京大學;2019年

6 王琳;鐮孢菌DNA條形碼及多樣性研究[D];山西農(nóng)業(yè)大學;2017年

7 王倩倩;雙加氧酶Tet對DNA甲基化修飾的影響及相關調(diào)控機制研究[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2018年

8 王丹;DNA損傷應答中長非編碼RNA LRIK、ncRNA0301及蛋白質(zhì)XPF的功能研究[D];湖南大學;2018年

9 田茜;黃單胞菌屬DNA條形碼篩選及其重要致病變種檢測技術研究[D];中國農(nóng)業(yè)科學院;2018年

10 吳成超;序列復雜度方法在DNA調(diào)控元件預測中的應用研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2018年

相關碩士學位論文 前10條

1 尚鑫;從木質(zhì)纖維素載體中釋放提取生物樣本DNA的研究[D];吉林大學;2019年

2 廖廷聰;多喹啉衍生物靶向雙倍體G-四鏈體DNA及其生物活性研究[D];南方醫(yī)科大學;2019年

3 何珊珊;用單價STV制備單分子蛋白質(zhì)-DNA復合物的研究[D];上海交通大學;2017年

4 賈翔宇;DNA保護的銀納米簇與人乳頭瘤病毒相關蛋白的作用研究[D];吉林大學;2019年

5 石安琪;全自動DNA定量分析在肺泡灌洗液中的臨床應用價值[D];重慶醫(yī)科大學;2018年

6 王東營;循環(huán)腫瘤DNA在上皮性卵巢癌診斷的meta分析[D];吉林大學;2019年

7 王振興;基于多功能DNA探針的miRNA檢測及靶向藥物釋放[D];青島科技大學;2019年

8 田夏;基于功能化納米片的副溶血弧菌DNA電化學傳感器的研究[D];青島科技大學;2019年

9 左李美;基于納米Fe_3O_4磁性材料構建的DNA電化學傳感器及其應用[D];云南大學;2018年

10 楊咪;單獨或聯(lián)合HBsAg與HBV-DNA指標對原發(fā)性肝癌發(fā)病風險的預測作用[D];南昌大學;2019年

本文編號：2765453