生物礦化是指生物體通過生物分子的調(diào)控生成無機礦物的過程。其與一般礦化最大不同為存在生物分子、生物體代謝、細胞、有機基質(zhì)的參與。生物礦化能夠產(chǎn)生多種無機礦物,比如二氧化硅、碳酸鈣、磷酸鈣和磁性氧化鐵等。這些生物礦物往往在尺寸、形貌上多種多樣,具有復雜的分層有序結(jié)構(gòu),并且展現(xiàn)了明顯優(yōu)于無機礦物單質(zhì)的優(yōu)異機械性能。例如,硅藻外殼二氧化硅礦物便具有精致的分層多孔結(jié)構(gòu),并為硅藻細胞提供出色的機械支撐與保護。因此人們迫切地想要模仿生物礦化反應來體外構(gòu)建具有類似性能的先進功能材料。然而迄今為止,人們利用生物有機分子自下而上構(gòu)建的礦物材料,離生物礦物橫跨納米到微米的復雜、有序結(jié)構(gòu)還相差甚遠。DNA,作為生命體重要的遺傳物質(zhì),衍生出了功能強大的DNA納米技術(shù)。通過多種設計策略以及計算機輔助,人們可以在納米到微米甚至毫米尺度上精確地構(gòu)建多種形貌的DNA納米結(jié)構(gòu)。而DNA通過其背骨架的磷酸根負電荷,能夠天然地與多種礦物組分建立聯(lián)系,因此人工設計的框架核酸可作為一種理想的分子模板來可控構(gòu)建生物礦物材料。本論文系統(tǒng)研究了如何利用框架核酸來實現(xiàn)可設計的納米級生物礦物合成。主要研究內(nèi)容如下:（1）提出了一種利用框架... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：164 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

DNA納米技術(shù)的起源(a)Holidayjunction十字結(jié)[1]

圖 1.2 DNA 折紙術(shù)的發(fā)展(a) DNA 折紙術(shù)設計[12](b) DNA 折紙設計軟件[48](c) 三維 DNA 折紙[43](d) 三維彎曲DNA 折紙[44](e) 三維曲面 DNA 折紙[45](f) 三維線框 DNA 折紙[46](g) 三維多面體 DNA 折紙[47]Figure 1.2 Development of DNAorigami(a) Design of DNA origami. (b) Design Software of DNA origami. (c) 3D DNA origami. (d)3D curve DNAorigami. (e )3D DNA origami with curve surface. (f) 3D framework DNAorigami.(g) 3D polyhedral DNAorigami.1.1.1.3 框架核酸的尺寸控制

圖 1.3 框架核酸的尺寸分布Figure 1.3 Size distribution of framework nucleic acidsDNA 納米技術(shù)經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，以 DNA 為基本單元，利用 DNAtile策略以及 DNAorigami 策略構(gòu)建復雜多樣的 DNA 納米結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為一種通用且方便易行的方案[41, 45, 47, 49-69]。然而，DNA 納米結(jié)構(gòu)作為一種納米材料，其尺寸卻一直限制著其在微米級甚至更大尺度上的應用。對于傳統(tǒng)的 DNAtile 策略，由于每個 tile 結(jié)構(gòu)高度一致，因此雖然其可以形成尺寸較大的點陣或晶體結(jié)構(gòu)，但空間尋址特異性不強，整體尺寸的大小不具有可預測性，產(chǎn)物尺寸均一性較差，因此其在各個領域中的應用相對有限。相對于 DNA tile 策略，DNA 折紙策略可應用范圍更廣，但由于 DNA 折紙中骨架鏈的長度固定在~7000-8000 個堿基，對于單個 DNA 折紙，其尺寸無法突破~100nm 的限制。最近，各種各樣的 DNA 結(jié)構(gòu)擴大策略相繼被多個課題組報道，說明了現(xiàn)今人們對 DNA 納米結(jié)構(gòu)的尺寸提

【參考文獻】：
期刊論文
[1]二氧化硅的仿生礦化[J]. 王生杰,蔡慶偉,杜明軒,曹美文,徐海.  化學進展. 2015(Z1)



本文編號：3503671