膠體顆粒在形成高階組裝體的過程中,常常被認為是可程序化的原子類似物,這是由于兩者在形狀、鍵合能力等方面的相似之處決定的。與具有高度方向性的原子鍵合作用不同,球形膠體顆粒各項同性的固有屬性決定了對粒子間相互作用進行精確的編碼控制是非常困難的。近年來,隨著對DNA納米技術(shù)研究的不斷深入,通過在膠體顆粒表面引入各項異性的“補丁”,可以對膠體顆粒間的相互作用進行重新的定義。利用DNA補丁互補堿基對之間的氫鍵作用,膠體顆粒成功地構(gòu)建出一系列納米團簇以及組裝體。然而,如何發(fā)展一種通用的、精確的方法來控制顆粒間的結(jié)合模式,即在指定位置直接將功能化補丁安裝到表面積有限的膠體顆粒上,進而生成精準的膠體顆粒自組裝結(jié)構(gòu),并將這種自組裝結(jié)構(gòu)應用于晶體缺陷和無機生物礦化等領域的研究,仍然是一種嚴峻的挑戰(zhàn)。為解決這一難題,本文提出了一種構(gòu)建DNA結(jié)構(gòu)介導的膠體顆粒有序結(jié)構(gòu)的通用方法:利用類似金屬粒子間配位的結(jié)合模式,結(jié)合DNA折紙術(shù)的方法,將連接配體精準地植入膠體顆粒表面,從而設計并構(gòu)建出多種高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)組裝體。利用DNA堿基之間的特異性識別作用,兩條單鏈可以形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu),能夠?qū)⒈砻姘睤NA的膠體顆粒,... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

DNA瓦片結(jié)構(gòu)的自組裝

第1章緒論5對形成的復合結(jié)構(gòu)進行負染色處理，為觀察DNA結(jié)構(gòu)和金納米粒子提供了一種解決方案，然而在干燥的過程中三維結(jié)構(gòu)會發(fā)生不可避免的扭曲和變形。如圖1.2C和1.2E所示，冷凍電鏡可以將三維DNA折紙與金納米顆粒的復合結(jié)構(gòu)維持在溶液相的原始狀態(tài)，即將液態(tài)樣品通過急速冷卻的方式封裝進固態(tài)冰層中，從而避免外界輻照等不良因素對DNA結(jié)構(gòu)上的損傷，進一步通過單粒子三維重建技術(shù)可以得到更為具體的結(jié)構(gòu)信息，這些細節(jié)信息驗證了DNA折紙術(shù)能夠與無機納米粒子相互結(jié)合，同時DNA框架與金納米顆粒的結(jié)構(gòu)沒有因為復合過程產(chǎn)生破壞，論證了八面體折紙框架能夠成為無機納米粒子相互結(jié)合的媒介，從而引導納米粒子形成高階組裝結(jié)構(gòu)。在本文中，利用八面體DNA折紙框架對膠體顆粒進行了低維度的有序組裝，并通過包括冷凍電鏡技術(shù)在內(nèi)的表征手段對結(jié)構(gòu)的形成進行了全面而細致的驗證，說明DNA折紙技術(shù)與膠體顆粒的結(jié)合能夠產(chǎn)生全新的有序結(jié)構(gòu)，并對相應結(jié)構(gòu)進行了應用方面的探索。圖1.2DNA折紙結(jié)構(gòu)的自組裝。(A)八面體DNA折紙結(jié)構(gòu)的冷凍電鏡圖像。(B)二維投影圖像、二維類平均圖像、無基底的二維類平均圖像、對應角度的投影八面體模型。(C)每個頂點(第二行和第四行)連接金納米顆粒的八面體折紙框架冷凍電鏡圖像及其對應的三維模型(第一行和第三行)。(D)DNA八面體框架單體三維重構(gòu)圖像。(E)每個頂點連接金納米顆粒的八面體折紙框架三維重構(gòu)圖像。

第1章緒論7為構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)組裝體的又一種可選擇的方式。圖1.3DNA線框結(jié)構(gòu)的自組裝過程。(A)DNA線框結(jié)構(gòu)的設計過程。(a)形狀設計、(b)堿基路徑選擇、(c)序列分區(qū)、(d)堿基序列填充。(B)6臂頂點構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)。(a)M.C.Escher的作品“Depth”、(b)DNA網(wǎng)絡、(c)4×4×4陣列、(d)8×8×4陣列。1.2.4三維結(jié)構(gòu)表征——冷凍電鏡技術(shù)世界上第一臺電子顯微鏡于1931年誕生[41]。20世紀70年代末，電子顯微技術(shù)的發(fā)展達到一個重要的里程碑：電子顯微鏡能夠觀察到無機材料的原子和晶格組成[42-44]。然而，強烈的電子散射使得電子顯微鏡直接觀察生物大分子仍然很困難。因此，人們開發(fā)了冷凍電鏡技術(shù)，這一表征手段通過分析生物大分子復合體的三維結(jié)構(gòu)，以此了解分子機制，使得用電子顯微鏡觀察生物樣品的真實結(jié)構(gòu)成為了可能[45-47]。如圖1.4所示，冷凍電鏡的觀察過程包括三個步驟[37,48]:低溫樣品的制備、低劑量電子顯微成像和計算圖像處理。首先，將樣品沉積在多孔的碳涂層銅網(wǎng)格上，沉積一段時間后用濾紙吸干網(wǎng)格上多余的液體(圖1.4A)。然后，將網(wǎng)格迅速插入由液氮冷卻的液態(tài)乙烷中，隨后凍結(jié)成一層薄的無定形冰。樣品以隨機的方向嵌


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