PDF《DNA 纳米技术研究进展》

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2 第2期 李志豪 等: D NA 纳米技术研究进展 第3 1卷 从本质上来说, G-四聚体的稳定是由于多种相互作用之间达到平衡, 包括氢键、 静电作用、 范德华力 和碱基的π- π 堆积作用等.这些作用力在宏观条件下则表现为序列组成和溶液环境等因素对 G-四聚体 稳定性的影响[ 5, 6] .S u g i m o t o等人从热力学和动力学两个方面的研究说明了金属离子、 溶液 p H 和碱基 序列组成对于人体端粒序列中 G-四聚体和 D NA 双链两种结构竞争有很大影响[ 5] , 这对研究 G-四聚体和 D NA 双链结构的构象转换和平衡有重要意义. G-四聚体结构主要分布于多种生物细胞端粒 D NA 和启动子的鸟嘌呤富集区域, 是一种天然存在的 D NA 纳米结构[ 4, 7] .它与基因表达的调控和染色体正常状态的维持有着密切联系, 如形成 G-四聚体结构 能稳定端粒 D NA、 抑制其无限增长进而防止细胞癌变.研究发现端粒 D NA 的无限增长与癌细胞的形成 和繁殖有密切关系, 端粒 D NA 是线性染色体末端的 D NA 重复序列, 由一部分双螺旋 D NA 和一段短的 富含鸟嘌呤的单链 D NA( T TAG G G) 组成[ 7] .当存在某些低价态阳离子时, 端粒末端富含 G 碱基的 D NA 链能形成稳定的 G-四聚体结构, 导致端粒 D NA 无法复制和扩增, 对抑制癌细胞的形成有重要意义. 2.

2 人工 D N A纳米结构― ― ―D N A 折纸术 D NA 折纸术( D NA O r i g a m i ) 是利用 D NA 分子的特殊结构和碱基互补配对原则, 将一条长的环状单 链DNA 的特定区域进行折叠, 并用短链加以固定, 构造出预期的结构.D NA 折纸术主要通过五个步骤 完成: 首先构建预期的几何模型和脚手架链, 接着将脚手架链的特殊区域进行折叠, 再将过量订书钉链与 脚手架链结合, 然后调整和合并订书钉链, 最后退火得到预期的 D NA 纳米结构. D NA 折纸术最早是由 R o t h e m u n d课题组[ 8] 在2

0 0 6年提出来的, 并在 N a t u r e杂志上以封面论文发 表.利用 D NA 折纸术, R o t h e m u n d 得到了方形、 三角形、 五角星、 笑脸等复杂的二维结构.2

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7 年, D o u g l a s等人[ 9] 应用 D NA 折纸术的方法, 将M13Mp18脚手架链折叠成长4

1 0n m 的六螺旋纳米管, 第一 次使用 D NA 折纸术制造出了三维结构.其后, 更多的二维图形 和三维结构被设计和制造出来[

1 0-1

3 ] . A n d e r s e n等人[

1 0] 折出了一种三维的六面体 D NA 纳米空心盒子, 该盒子的一个面还能通过 D NA 链交换 反应实现人为控制开关, 这种纳米盒子能够被应用于分析检测等领域.Y a n等人[

1 4] 设计并组装出了多种 带有曲度的复杂结构, 如半球、 圆球、 椭球、 细颈花瓶等.2

0 1 3年, Y a n等人[

1 5] 对DNA 折纸术方法进行一 些改变、 利用四臂结又组装出了格子状结构, 并用该格子状结构创造出了球体、 螺旋状等三维结构, 这一成 果将推动更为复杂的线框结构的出现, 是DNA 折纸术的一大突破. D NA 折纸术是传统 D NA 自组装的延伸, 相比较传统t i l e自组装具有图形复杂度高、 编码便捷、 反应 迅速、 成本低廉等优点[

1 6,

1 7] .尽管 D NA 折纸术刚刚起步, 在实际应用方面还在不断尝试和探索, 但其应 用前景非常广阔.D NA 折纸术的结构是预期设计好的, 所以折纸 D NA 中所有位点都是可寻址的.因此, D NA 成为纳米排布的理想模型, 可以被应用于纳米材料的组装[