發(fā)布時(shí)間：2021-12-02 06:31

　　DNA是儲(chǔ)存和傳遞遺傳信息的天然的生物大分子,由于具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特性,成為最具有潛力的納米材料。DNA納米結(jié)構(gòu)可以通過(guò)改變堿基對(duì)的數(shù)目、DNA鏈的長(zhǎng)度和DNA分子的數(shù)目來(lái)精確調(diào)控。在構(gòu)建DNA納米結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,怎樣高效的設(shè)計(jì)、可靠的自組裝是人們必須解決的重要課題之一。本論文根據(jù)DNA自組裝原理,合理的設(shè)計(jì)并合成了兩種類型的DNA納米結(jié)構(gòu),最終使用凝膠電泳以及原子力顯微鏡探究DNA自組裝過(guò)程,具體如下:1.DNA折紙?jiān)诩{米尺度上的構(gòu)建,可以自組裝構(gòu)成獨(dú)特形態(tài)的DNA納米結(jié)構(gòu),利用數(shù)百個(gè)短鏈將長(zhǎng)的支架鏈折疊成為預(yù)期的納米結(jié)構(gòu),因此很大程度上限制了人們組裝結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性,本研究就是利用caDNAno軟件成功的設(shè)計(jì)了具有中空的四邊形結(jié)構(gòu),它是由M13mp18作為腳手架,通過(guò)控制腳手架的線框與152條特殊設(shè)計(jì)的短鏈進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對(duì)得到的。該設(shè)計(jì)構(gòu)造出復(fù)雜的二維形狀,體現(xiàn)了DNA自組裝具有構(gòu)建幾乎任何復(fù)雜二維納米結(jié)構(gòu)的能力。2.根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則制備三維結(jié)構(gòu),大多數(shù)三維結(jié)構(gòu)都是由許多具有獨(dú)特的單鏈DNA組成的。本研究設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的方法,僅使用三條單鏈DNA設(shè)計(jì)三點(diǎn)星基序,相同的基序組裝形成... 

【文章來(lái)源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

DNA納米結(jié)構(gòu)的時(shí)間線簡(jiǎn)史從Seeman于1982年創(chuàng)立了DNA納米技術(shù)領(lǐng)域[1]；1991年，首次組裝了三維的DNA立方體結(jié)構(gòu)

牧教醯チ吹姆較蚴欠聰蚱叫械模?渲新菪?嶠孛婊?鬧本對(duì)?為2.0nm，每?jī)蓚�(gè)堿基之間距離為0.34nm，大約10.5個(gè)堿基形成一個(gè)螺旋即旋轉(zhuǎn)一周，其中每個(gè)螺旋的高度為3.4nm。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在生物緩沖液中當(dāng)DNA雙鏈的長(zhǎng)度低于持久長(zhǎng)度（PersistenceLength）50nm（相當(dāng)于150bp）時(shí)，此時(shí)的雙鏈DNA被視為是剛性的[9]。相反，單鏈DNA的持久性的長(zhǎng)度約為4nm被視為柔性的[13]，單鏈的DNA所具備的靈活性，能夠輕松的形成環(huán)狀和彎曲的納米結(jié)構(gòu)。根據(jù)DNA單、雙鏈的剛性和柔性，通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)將其結(jié)合，構(gòu)建出多樣化的納米結(jié)構(gòu)[14]。圖1-2DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)示意圖[1]Figure1-2SchematicdiagramofDNAdoublehelixstructure[1]正是因?yàn)镈NA具有這些獨(dú)特的性質(zhì)使其在納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域展現(xiàn)出眾多的優(yōu)點(diǎn)：（1）堿基之間的特殊的相互作用賦予了DNA精確的可編程性和可尋址性；（2）具備精確的納米尺寸；（3）DNA分子可以以核酸雜交、共價(jià)修飾或者DNA雙鏈插入等多種方式與功能化的分子進(jìn)行耦合。因此可以根據(jù)具體的需求修飾各種的熒光染料或者生物分子等具有較大的負(fù)載量[15]；（4）與其他物質(zhì)相比，DNA納米結(jié)構(gòu)能夠很好的抵抗多種核酸酶的作用，因此在細(xì)胞環(huán)境中穩(wěn)定較高[16,17]；（5）DNA納米結(jié)構(gòu)在不需要任何轉(zhuǎn)染試劑的情況下輕松的穿過(guò)細(xì)胞膜，能夠容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)[18,19]；（6）由于DNA廣泛的存在于各類生物體內(nèi)，因此具備良好的生物相

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3DNA納米技術(shù)中不同DNA基序的自組裝（A）具有不同數(shù)目的（2、3、4）的多臂DNA結(jié)構(gòu)基序[28,29]，（B）不同類型三點(diǎn)基序的DNA多面體的自組裝[30]，（C）SST法構(gòu)建二維形狀[31]Figure1-3Self-assemblyofdifferentDNAmotifsinDNAnanotechnology;(A)hasdifferentnumbersof(2,3,4)dobbyDNAstructuralmotifs[28,29],(B)theself-assemblyofdifferenttypesofthree-pointmotifs[30];(C)theconstructionoftwo-dimensionalshapebySST[31]1.1.2DNAorigami自組裝DNA折紙術(shù)（DNAorigami）可以追溯到2006年由PaulRothemund提出[32]，采用了一種簡(jiǎn)單的方法將DNA折疊成為任意的二維形狀，是一種基于成熟的DNA納米技術(shù)的新型編程DNA組裝系統(tǒng)，并進(jìn)一步創(chuàng)建了DNA納米技術(shù)的新世紀(jì)。在該方法中，使用一條長(zhǎng)為7kb的M13mp18噬菌體作為腳手鏈（scaffoldstrand），使用數(shù)百條短鏈DNA（staplestrand）像訂書(shū)釘一樣將長(zhǎng)鏈DNA在特定的位置進(jìn)行固定，多次反復(fù)的折疊成為所需的形狀。將腳手鏈和短鏈混合后，然后在95℃至室溫下緩慢退火2h以上，短鏈將腳手鏈自組裝形成預(yù)期設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣的方式已經(jīng)能夠構(gòu)建豐富多彩的尺寸約為100nm左右的二維折紙，包括矩形、三角形，甚至是中空的三角形、笑臉、中國(guó)地圖和海豚等[33-36]（如圖1-4）。由于具有數(shù)百條短鏈組裝，相對(duì)來(lái)說(shuō)較密集，最終自組裝的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到固體表面運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）


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