PDF《DNA 纳米技术研究进展》

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0 5 基金项目: 国家自然科学基金( N o .

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8 6 ) * 通讯作者: 袁荃, 女, 教授, 博士研究生导师, 主要研究方向为基于 D NA 的纳米生物材料的设计、 组装和应用. 第3 1卷第2期Vol.31No.2分析科学学报JOUR NA L O F ANA L Y T I C A L S C I E N C E

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1 5年4月Ap||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| r .

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7 D N A纳米技术研究进展 李志豪,袁荃* ( 武汉大学化学与分子科学学院, 教育部生物医学分析化学重点实验室, 湖北武汉

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7 2 ) 摘要: D NA 不只是遗传物质, 还能通过折叠形成特定的二维、 三维结构, 作为一种天 然纳米材料可参与各种功能结构和纳米器件的构造.D NA 纳米技术从被提出到现在 的三十多年间, 得到了飞速发展, 被应用于众多领域, 对纳米科学产生了重大影响.本 文将主要从三种典型的 D NA 纳米结构和 D NA 纳米技术的应用两个方面进行综述, 并对DNA 纳米技术的前景进行展望. 关键词: D NA 纳米技术;

分析检测;

癌症诊断与治疗 中图分类号: O

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1 引言 纳米科学是研究结构尺寸在1~1

0 0n m 范围内物质性质和应用的科学, 从2 0世纪8 0年代末诞生起 就受到了全世界科学家的青睐.原子和分子的集合体一般都处于纳米尺度, 能够表现出特殊乃至与宏观 物体截然不同的物理、 化学性质.因此, 直接操纵原子、 分子来构建具有特定功能的纳米结构、 纳米材料和 纳米器件成为了纳米科学研究的焦点. D NA 是脱氧核糖核苷酸( D e o x y r i b o n u c l e i c A c i d ) 的简称, 是主要的遗传物质, 对遗传信息的储存与 传递有着极其重要的作用.1

9 5 3年, W a t s o n和Crick利用 X 射线晶体衍射技术成功推测出 D NA 的双螺 旋结构[ 1] , 随后碱基互补配对原则也被提出.1

9 8 2年, S e e m a n提出 D NA 能够通过碱基互补配对原则形 成特定的结构, 而且单个的结构可以通过粘性末端形成复杂的二维或三维结构[ 2] .这表明 D NA 不再只 是遗传物质, 还能作为一种天然纳米材料构建各类功能结构和纳米器件, S e e m a n提出的这一设想是 D NA 纳米技术的核心.此后, D NA 分子引起了纳米科学领域的广泛关注, 研究人员设计和合成了各种各样的 功能 D NA 和不同的 D NA 结构, D NA 纳米技术也渗入到众多领域. 本文将主要介绍三种典型的 D NA 纳米结构以及 D NA 纳米技术在分析检测和疾病治疗领域的应用, 并对 D NA 纳米技术的未来进行展望.

2 三种典型的 D N A纳米结构 2.

1 天然 D N A纳米结构― ― ―G-四聚体 G-四聚体( G-q u a d r u p l e x ) 不同于遵循 A-T、 G- C碱基互补配对原则形成的传统 D NA 双链结构, 它是 由富含 G 碱基的单链( 或双链、 四链) D NA 通过分子内( 或分子间) 相互作用形成的独特四链结构, 也叫 G- 四链体、 G-四联体.1

9 6 2年, G e l l e r t及合作者通过 X 射线衍射法证明了鸟苷酸能形成一种四链结构[ 3] . 在这种结构中, 四个鸟嘌呤分子形成一个正方形平面( G-平面) , 其中每个鸟嘌呤通过氢键相互作用与相 邻两个鸟嘌呤连接.富含 G 碱基的 D NA 在某些低价态阳离子的稳定作用下能形成 G-平面, 而且由于 G 碱基在 D NA 链中的连续分布, G-平面能够堆积成四链结构, 即G-四聚体[ 4] .