DNA纳米结构的设计与构建
发布时间：2021-12-02 06:31
DNA是储存和传递遗传信息的天然的生物大分子,由于具有独特的优势和特性,成为最具有潜力的纳米材料。DNA纳米结构可以通过改变碱基对的数目、DNA链的长度和DNA分子的数目来精确调控。在构建DNA纳米结构的过程中,怎样高效的设计、可靠的自组装是人们必须解决的重要课题之一。本论文根据DNA自组装原理,合理的设计并合成了两种类型的DNA纳米结构,最终使用凝胶电泳以及原子力显微镜探究DNA自组装过程,具体如下:1.DNA折纸在纳米尺度上的构建,可以自组装构成独特形态的DNA纳米结构,利用数百个短链将长的支架链折叠成为预期的纳米结构,因此很大程度上限制了人们组装结构的多样性和复杂性,本研究就是利用caDNAno软件成功的设计了具有中空的四边形结构,它是由M13mp18作为脚手架,通过控制脚手架的线框与152条特殊设计的短链进行碱基互补配对得到的。该设计构造出复杂的二维形状,体现了DNA自组装具有构建几乎任何复杂二维纳米结构的能力。2.根据碱基互补配对原则制备三维结构,大多数三维结构都是由许多具有独特的单链DNA组成的。本研究设计了简单的方法,仅使用三条单链DNA设计三点星基序,相同的基序组装形成...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA纳米结构的时间线简史从Seeman于1982年创立了DNA纳米技术领域[1]；1991年，首次组装了三维的DNA立方体结构
牧教醯チ吹姆较蚴欠聪蚱叫械模?渲新菪?峤孛婊?闹本对?为2.0nm，每两个碱基之间距离为0.34nm，大约10.5个碱基形成一个螺旋即旋转一周，其中每个螺旋的高度为3.4nm。通过研究发现在生物缓冲液中当DNA双链的长度低于持久长度（PersistenceLength）50nm（相当于150bp）时，此时的双链DNA被视为是刚性的[9]。相反，单链DNA的持久性的长度约为4nm被视为柔性的[13]，单链的DNA所具备的灵活性，能够轻松的形成环状和弯曲的纳米结构。根据DNA单、双链的刚性和柔性，通过巧妙的设计将其结合，构建出多样化的纳米结构[14]。图1-2DNA双螺旋结构示意图[1]Figure1-2SchematicdiagramofDNAdoublehelixstructure[1]正是因为DNA具有这些独特的性质使其在纳米结构领域展现出众多的优点：（1）碱基之间的特殊的相互作用赋予了DNA精确的可编程性和可寻址性；（2）具备精确的纳米尺寸；（3）DNA分子可以以核酸杂交、共价修饰或者DNA双链插入等多种方式与功能化的分子进行耦合。因此可以根据具体的需求修饰各种的荧光染料或者生物分子等具有较大的负载量[15]；（4）与其他物质相比，DNA纳米结构能够很好的抵抗多种核酸酶的作用，因此在细胞环境中稳定较高[16,17]；（5）DNA纳米结构在不需要任何转染试剂的情况下轻松的穿过细胞膜，能够容易进入细胞内[18,19]；（6）由于DNA广泛的存在于各类生物体内，因此具备良好的生物相
内蒙古大学硕士学位论文4图1-3DNA纳米技术中不同DNA基序的自组装（A）具有不同数目的（2、3、4）的多臂DNA结构基序[28,29]，（B）不同类型三点基序的DNA多面体的自组装[30]，（C）SST法构建二维形状[31]Figure1-3Self-assemblyofdifferentDNAmotifsinDNAnanotechnology;(A)hasdifferentnumbersof(2,3,4)dobbyDNAstructuralmotifs[28,29],(B)theself-assemblyofdifferenttypesofthree-pointmotifs[30];(C)theconstructionoftwo-dimensionalshapebySST[31]1.1.2DNAorigami自组装DNA折纸术（DNAorigami）可以追溯到2006年由PaulRothemund提出[32]，采用了一种简单的方法将DNA折叠成为任意的二维形状，是一种基于成熟的DNA纳米技术的新型编程DNA组装系统，并进一步创建了DNA纳米技术的新世纪。在该方法中，使用一条长为7kb的M13mp18噬菌体作为脚手链（scaffoldstrand），使用数百条短链DNA（staplestrand）像订书钉一样将长链DNA在特定的位置进行固定，多次反复的折叠成为所需的形状。将脚手链和短链混合后，然后在95℃至室温下缓慢退火2h以上，短链将脚手链自组装形成预期设计好的结构。通过这样的方式已经能够构建丰富多彩的尺寸约为100nm左右的二维折纸，包括矩形、三角形，甚至是中空的三角形、笑脸、中国地图和海豚等[33-36]（如图1-4）。由于具有数百条短链组装，相对来说较密集，最终自组装的结构转移到固体表面运用原子力显微镜（AFM）
本文编号：3527911
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DNA纳米结构的时间线简史从Seeman于1982年创立了DNA纳米技术领域[1]；1991年，首次组装了三维的DNA立方体结构
牧教醯チ吹姆较蚴欠聪蚱叫械模?渲新菪?峤孛婊?闹本对?为2.0nm，每两个碱基之间距离为0.34nm，大约10.5个碱基形成一个螺旋即旋转一周，其中每个螺旋的高度为3.4nm。通过研究发现在生物缓冲液中当DNA双链的长度低于持久长度（PersistenceLength）50nm（相当于150bp）时，此时的双链DNA被视为是刚性的[9]。相反，单链DNA的持久性的长度约为4nm被视为柔性的[13]，单链的DNA所具备的灵活性，能够轻松的形成环状和弯曲的纳米结构。根据DNA单、双链的刚性和柔性，通过巧妙的设计将其结合，构建出多样化的纳米结构[14]。图1-2DNA双螺旋结构示意图[1]Figure1-2SchematicdiagramofDNAdoublehelixstructure[1]正是因为DNA具有这些独特的性质使其在纳米结构领域展现出众多的优点：（1）碱基之间的特殊的相互作用赋予了DNA精确的可编程性和可寻址性；（2）具备精确的纳米尺寸；（3）DNA分子可以以核酸杂交、共价修饰或者DNA双链插入等多种方式与功能化的分子进行耦合。因此可以根据具体的需求修饰各种的荧光染料或者生物分子等具有较大的负载量[15]；（4）与其他物质相比，DNA纳米结构能够很好的抵抗多种核酸酶的作用，因此在细胞环境中稳定较高[16,17]；（5）DNA纳米结构在不需要任何转染试剂的情况下轻松的穿过细胞膜，能够容易进入细胞内[18,19]；（6）由于DNA广泛的存在于各类生物体内，因此具备良好的生物相
内蒙古大学硕士学位论文4图1-3DNA纳米技术中不同DNA基序的自组装（A）具有不同数目的（2、3、4）的多臂DNA结构基序[28,29]，（B）不同类型三点基序的DNA多面体的自组装[30]，（C）SST法构建二维形状[31]Figure1-3Self-assemblyofdifferentDNAmotifsinDNAnanotechnology;(A)hasdifferentnumbersof(2,3,4)dobbyDNAstructuralmotifs[28,29],(B)theself-assemblyofdifferenttypesofthree-pointmotifs[30];(C)theconstructionoftwo-dimensionalshapebySST[31]1.1.2DNAorigami自组装DNA折纸术（DNAorigami）可以追溯到2006年由PaulRothemund提出[32]，采用了一种简单的方法将DNA折叠成为任意的二维形状，是一种基于成熟的DNA纳米技术的新型编程DNA组装系统，并进一步创建了DNA纳米技术的新世纪。在该方法中，使用一条长为7kb的M13mp18噬菌体作为脚手链（scaffoldstrand），使用数百条短链DNA（staplestrand）像订书钉一样将长链DNA在特定的位置进行固定，多次反复的折叠成为所需的形状。将脚手链和短链混合后，然后在95℃至室温下缓慢退火2h以上，短链将脚手链自组装形成预期设计好的结构。通过这样的方式已经能够构建丰富多彩的尺寸约为100nm左右的二维折纸，包括矩形、三角形，甚至是中空的三角形、笑脸、中国地图和海豚等[33-36]（如图1-4）。由于具有数百条短链组装，相对来说较密集，最终自组装的结构转移到固体表面运用原子力显微镜（AFM）
本文编号：3527911
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