DNA纳米结构引导的具有光/电特性的纳米结构构建
发布时间：2021-04-06 08:47
DNA纳米技术的快速发展赋予了DNA这种传统的生命体遗传物质全新的应用价值。特别是DNA小结构技术和DNA折纸技术的出现,人们借助计算机的辅助设计,可以组装出任意形状的一维、二维或者三维的DNA纳米结构。DNA自组装技术可以实现形状在纳米尺度上的精确控制并且具有良好的生物相容性和卓越的可寻址性。这些优异的特性,使得DNA纳米结构在诸多领域获得了大量的应用。例如:以DNA纳米结构为模板引导金属纳米颗粒共组装在光学、生物检测、光热治疗等领域取得了重要进展;DNA纳米结构作为抗癌药物的载体,提升了载药量和靶向位点的同时实现了抗癌药物的可控释放;DNA纳米结构作为模板通过序列设计或者修饰特殊基团实现了物质的可控合成,在生物矿化、微量元素检测、电学等领域具有重要应用。本论文的研究内容分别从以下两个方面展开:一、以DNA折纸为模板引导金属纳米颗粒共组装探究光与物质的相互作用;二、以DNA小结构为模板引导导电聚苯胺（Polyaniline,PANI）的可控合成并研究其导电性能。具体研究内容如下:第一个课题中,以矩形DNA折纸为模板引导金纳米棒组装成手性纳米结构。为了增强手性结构耦合能力并调节手性等离...
【文章来源】：安徽师范大学安徽省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA纳米技术领域重要突破的时间轴Figure1.1TimelineofmajorbreakthroughsinthefieldofDNAnanotechnology
安徽师范大学硕士学位论文8体、四面体、八面体甚至更复杂的球状DNA小结构[21-25]。DNA小结构逐步向大型化复杂化发展。图1.2DNA小结构技术发展重要成果示例图Figure1.2ImportantachievementsinthedevelopmentofDNAtiletechnology1.2.2DNA折纸结构在DNA小结构的研究中，构建的大多是周期性的二维或三维结构，但是对于非周期性结构组装存在明显短板。2004年，Rothemund首次实验证明了DNA自组装可创建二维非周期性DNA小结构图案[26]。2006年，在二维非周期性DNA小结构图案和DX策略的启发下他提出了一种全新的DNA纳米结构的组装方法，该方法以M13噬菌体DNA单链作为“脚手架”链，通过添加与“脚手架”链互补的“订书钉”链，“脚手架”链可以被折叠成预先设计的二维形状[27]。DNA折纸技术发展较晚但其优势也十分明显，DNA折纸中的“订书钉”链可以根据需要进行序列设计，从而改变“脚手架”链折叠弯曲的位置以达到组装不同形状的目的，还可以将部分“脚手架”链替换为“捕获链”实现DNA折纸的功能化。此时，DNA折纸技术可以制备任意复杂的非周期性二维图案，如美洲地图、矩形[27]、笑脸、星星[27]和其他图案[28]。2009年，Douglas课题组将DNA折纸扩展到三维，他们成功的将M13单链组装成三维堆叠层[29]，不久以后Andersen教授成功的用DNA折纸技术合成了带有盖子的三维盒状DNA折纸结构[30]。有了之前的实验基础，其他复杂的三维DNA折纸如：管状[31]、花瓶状[32]甚至球状[33]结构不断被组装出来。由于DNA折纸是由一条长度有限的
安徽师范大学硕士学位论文9M13“脚手架”链折叠而成，所以不管是二维还是三维的DNA折纸在尺寸上都受M13链长的限制。多个DNA折纸二次组装的策略完美的解决了这一难题，由若干DNA折纸拼接成的“DNA”字样、世界地图、蒙娜丽莎图像[34]等大尺寸的DNA折纸相继出现。此前人们构建的DNA纳米结构都是静态的，对环境缺乏响应性而应用受限。因此，动态DNA纳米技术应运而生，通过程序化杂交、DNA酶催化或DNA链置换反应等方法，组装了具有环境响应的动态DNA纳米结构。Yurke和他的同事们基于杂交和链置换反应[35]制备出了具有驱动功能的分子马达，真正开启了这一领域的研究。Winfree和Pierce证明了多条链的置换反应可以串联在一起，形成复杂的动态反应级联[36,37]。此后，更多具有动态响应的DNA折纸结构陆续被制备出来[38-46]，为DNA折纸技术的应用带来了更广阔的空间。图1.3DNA折纸技术发展重要成果展示图Figure1.3ImportantachievementsofDNAorigamitechnologydevelopment1.3基于DNA纳米结构的物质可控合成DNA纳米结构的结构多样性、可编程性特别是其易于进行功能化的特点，使其成为进行物质可控合成的良好模板。以DNA纳米结构为模板对不稳定的化学反应进行控制，指导金属结构的精确组装、可控合成无机非金属材料等充分说明了DNA纳米结构在调控物质合成方面具有广阔的应用前景。
本文编号：3121145
【文章来源】：安徽师范大学安徽省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA纳米技术领域重要突破的时间轴Figure1.1TimelineofmajorbreakthroughsinthefieldofDNAnanotechnology
安徽师范大学硕士学位论文8体、四面体、八面体甚至更复杂的球状DNA小结构[21-25]。DNA小结构逐步向大型化复杂化发展。图1.2DNA小结构技术发展重要成果示例图Figure1.2ImportantachievementsinthedevelopmentofDNAtiletechnology1.2.2DNA折纸结构在DNA小结构的研究中，构建的大多是周期性的二维或三维结构，但是对于非周期性结构组装存在明显短板。2004年，Rothemund首次实验证明了DNA自组装可创建二维非周期性DNA小结构图案[26]。2006年，在二维非周期性DNA小结构图案和DX策略的启发下他提出了一种全新的DNA纳米结构的组装方法，该方法以M13噬菌体DNA单链作为“脚手架”链，通过添加与“脚手架”链互补的“订书钉”链，“脚手架”链可以被折叠成预先设计的二维形状[27]。DNA折纸技术发展较晚但其优势也十分明显，DNA折纸中的“订书钉”链可以根据需要进行序列设计，从而改变“脚手架”链折叠弯曲的位置以达到组装不同形状的目的，还可以将部分“脚手架”链替换为“捕获链”实现DNA折纸的功能化。此时，DNA折纸技术可以制备任意复杂的非周期性二维图案，如美洲地图、矩形[27]、笑脸、星星[27]和其他图案[28]。2009年，Douglas课题组将DNA折纸扩展到三维，他们成功的将M13单链组装成三维堆叠层[29]，不久以后Andersen教授成功的用DNA折纸技术合成了带有盖子的三维盒状DNA折纸结构[30]。有了之前的实验基础，其他复杂的三维DNA折纸如：管状[31]、花瓶状[32]甚至球状[33]结构不断被组装出来。由于DNA折纸是由一条长度有限的
安徽师范大学硕士学位论文9M13“脚手架”链折叠而成，所以不管是二维还是三维的DNA折纸在尺寸上都受M13链长的限制。多个DNA折纸二次组装的策略完美的解决了这一难题，由若干DNA折纸拼接成的“DNA”字样、世界地图、蒙娜丽莎图像[34]等大尺寸的DNA折纸相继出现。此前人们构建的DNA纳米结构都是静态的，对环境缺乏响应性而应用受限。因此，动态DNA纳米技术应运而生，通过程序化杂交、DNA酶催化或DNA链置换反应等方法，组装了具有环境响应的动态DNA纳米结构。Yurke和他的同事们基于杂交和链置换反应[35]制备出了具有驱动功能的分子马达，真正开启了这一领域的研究。Winfree和Pierce证明了多条链的置换反应可以串联在一起，形成复杂的动态反应级联[36,37]。此后，更多具有动态响应的DNA折纸结构陆续被制备出来[38-46]，为DNA折纸技术的应用带来了更广阔的空间。图1.3DNA折纸技术发展重要成果展示图Figure1.3ImportantachievementsofDNAorigamitechnologydevelopment1.3基于DNA纳米结构的物质可控合成DNA纳米结构的结构多样性、可编程性特别是其易于进行功能化的特点，使其成为进行物质可控合成的良好模板。以DNA纳米结构为模板对不稳定的化学反应进行控制，指导金属结构的精确组装、可控合成无机非金属材料等充分说明了DNA纳米结构在调控物质合成方面具有广阔的应用前景。
本文编号：3121145
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