DNA-多肽共聚物的设计与组装

发布时间：2020-10-24 00:17

　　 DNA与多肽作为天然高分子聚合物,近些年来成为自组装及纳米技术领域的研究热点。然而,目前自组装领域大多只采用DNA或多肽等单一类型的构建模块进行自组装,这限制了纳米材料结构和功能的多样性。尽管纳米技术已经取得巨大研究进展,但是其组装形式却远远不及大自然中存在的一个单细胞内的生命活动复杂。自然界以简单的结构,精巧的设计,展现着生物的多样性。显然,自然界存在的自发功能自组装实例是体外自组装设计最好的模板。受核酸与蛋白组装成核蛋白、病毒、核小体等天然存在的自组装实例的启发,本论文中利用DNA-多肽共聚序列自组装得到了一系列不同形貌的复合纳米材料。DNA-多肽纳米复合体系的可控构筑,不仅将实现生物学上两种基本组装模式的有效结合,以提供愈加复杂的生物结构模板,还有助于体内生物大分子相互作用的深入理解,对仿生器件制造和生物医学应用具有一定意义。论文主要研究结果如下:1.DNA-类胶原多肽(DNA-CLP)共聚序列在不同条件下组装成不同形貌的纳米结构。(1)通过Cu~+催化的叠氮-炔基环加成(CuAAC)点击化学(click chemistry)合成DNA-CLP共聚序列。该反应利用三(3-羟基丙基三唑基甲基)胺(THPTA)作为Cu~+配体在中性pH的PB缓冲液中高效进行,目标产物由15%尿素变性的聚丙烯酰氨凝胶电泳(PAGE)分离纯化。(2)两组分已形成三聚体的DNA-CLP共聚物在4°C自组装,形成直径约为25 nm的纳米粒子。并且,该纳米粒子自组装与共聚物浓度密切相关。(3)两组分DNA-CLP共聚物退火后自组装形成了长度达数微米的纳米线,该纳米线宽度约为22 nm,高度约为9 nm。透射电子显微镜(TEM)表征显示,该纳米线的形成受组装时间的影响。2.含有DNA-TTR14共聚序列的DNA纳米管与淀粉样多肽TTR14共组装,形成复合纳米材料。(1)基于小环DNA,设计了不同组装策略的DNA纳米管。原子力显微镜(AFM)表征结果显示DNA纳米管组装效率高,尺寸均一,分散均匀,实际测得直径与设计的理论值一致。(2)利用Fmoc固相合成法合成淀粉样多肽TTR14,该肽可组装成宽度15 nm,高度4 nm的淀粉样纤维。组装结果表明,对淀粉样肽TTR105-115序列两端修饰,不影响其组装成淀粉样纤维的能力。(3)同样利用click反应合成DNA-TTR14共聚物,含有该共聚物的DNA纳米管与淀粉样肽TTR14共组装,形成了同时包含DNA纳米管与淀粉样纤维的杂合纳米材料。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ317;O641.3
【部分图文】：

江南大学硕士学位论文双链 DNA 具有持久刚性的长度约为 50 nm，而单链 DNA 具有了设计上的柔韧性。这种刚性与柔韧性相结合的结构特征使其纳米材料的构建上有着得天独厚的优异性能。另一方面，不论修饰的 DNA，都可以在实验室中经自动化的 DNA 合成仪快速类型的纳米结构构建途径：“自上而下”构建系统是对少量原子操作的一种模式，而在“自下而上”结构中，许多分子根据分骤自组装。作为一种基于化学的装配系统，DNA 已成为自下者。

着不断地深入研究，开始出现更多更加快速方便的设计方法，从而加快米技术的进步。2006 年 Rothemund 的论文引发了结构 DNA 纳米技术的时开启了 DNA 折纸结构的时代[10]。Rothemund 的折纸方法是借助一组 寡核苷酸链将约 7 千个碱基的单链支架 DNA 固定在适当的位置，将支所需尺寸（大约 100nm）的二维结构。Rothemund 利用来自 M13mp18 噬状基因组 DNA 作为支架，设计和构建了星形，笑脸、以及三角形等二维结）。从此，M13mp18 DNA 链因具有良好的折叠性能而一直是 DNA 折纸中链。目前，越来越多的研究小组正在利用 DNA 分子的序列特异性和优异设计并制造了许多具有多种功能的 DNA 装置，如镊子，齿轮，起重机等 DNA 纳米结构转换为动态纳米结构[11]。DNA 行走装置是 DNA 纳米结构态装置。它们具有强大的能力，可以驱动设计的模块在预设的轨道上行走图 1-2 基于固定连接点、粘性末端和 DNA 瓦片的纳米结构设计Fig. 1-2 Nanostructures design based on junctions, sticky ends and DNA tiles：最早使用四条单链 DNA 构建具有固定分支网状结构的实例[5]；(b)：第一个被构建(c)：DNA 瓦片组建大型二维 DNA 阵列[7]；(d)：DNA 三重瓦片结构构建的 DNA 纳

设计和构建了星形，笑脸、以及三角形等二维结构（图1-3 (a)）。从此，M13mp18 DNA 链因具有良好的折叠性能而一直是 DNA 折纸中最常用的支架链。目前，越来越多的研究小组正在利用 DNA 分子的序列特异性和优异的可编程性，设计并制造了许多具有多种功能的 DNA 装置，如镊子，齿轮，起重机等，成功将静态 DNA 纳米结构转换为动态纳米结构[11]。DNA 行走装置是 DNA 纳米结构中最复杂的动态装置。它们具有强大的能力，可以驱动设计的模块在预设的轨道上行走，行走过程通常需要通过链杂交[12-14]、酶促反应和环境刺激的组合来实现，通常是通过将化学能转变为机械能来达到行走的目的。图 1-3 (b)中是由 Exo III 驱动在 SNA 表面上移动的DNA 行走装置的示意图。目前，越来越多的研究小组正在利用核酸的可编程自组装特性来创造合理设计的纳米形状和纳米机器，用于许多不同的用途。图 1-2 基于固定连接点、粘性末端和 DNA 瓦片的纳米结构设计Fig. 1-2 Nanostructures design based on junctions
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本文编号：2853744