DNA折纸结构在手性等离子纳米材料和纳米医药领域的应用研究

摘要

1953年，Waston和Click合作提出DNA分子模型——反向平行双螺旋结构，开启了分子生物学的辉煌时代。1982，纽约大学的Ned.C.Seeman教授提出可以利用DNA分子作为“砖瓦”构建二维和三维网格结构。三十年后的今天，我们已经可以构建各种形状的二维和三维的DNA纳米结构。这些DNA纳米材料展示了许多其他纳米材料不具备的特殊优势，受到越来越多的研究者的重视。目前，DNA纳米技术被广泛应用于纳米粒子可控自组装、纳米机器人、DNA计算和纳米医药等众多研究领域中。
　　 理论计算表明当金属纳米结构呈“手性”时，在可见光区域可以测量到相应的光学活性信号，通过金属纳米粒子自组装是获得手性金属纳米材料的主要方法之一。DNA折纸结构具有强大的组装能力，能够将金纳米颗粒、银纳米颗粒、量子点、碳纳米管等多种纳米单元精确组装到预定的空间位置，为制备各种手性金属纳米结构提供了极大地便利。
　　 由于DNA纳米结构具有易于修饰、生物相容性好、尺寸均匀和形状可控等优点，近年来国内外一些实验室开始尝试将DNA纳米结构作为载体实现基因和化学药物的靶向输送。作为基因和药物的运输载体，其稳定性是非常重要的性质，这涉及到基因和药物在运输过程中是否能够被稳定装载，在到达指定区域时是否能够可控释放等等，目前针对DNA纳米材料在生物体内的分布和稳定性的研究仍然较少，这就需要我们更多的了解DNA纳米结构如何进入细胞以及进入细胞之后的如何代谢等一系列生命过程。
　　 论文共分为三个部分
　　 一、简要介绍了各种经典的DNA纳米结构，然后介绍了DNA纳米材料在纳米粒子可控自组装领域和纳米医药领域的应用。
　　 二、利用DNA折纸结构作为模板，将多个金纳米颗粒组装得到长方形的DNA折纸结构上，得到两条平行链组装体，然后加入“折叠链”，两条金球链首尾相连形成螺旋结构，在可见光波长范围内测量到了稳定的光学活性信号。
　　 三、我们提出了一种简便的免标记策略来研究DNA折纸结构在活细胞中的分布和稳定性。我们选用的这种类花青素染料在游离状态时，荧光很弱，将其和DNAorigami混合后，荧光开关处于“打开”状态，具有强烈的荧光，当DNAorigami在细胞内降解后，荧光开关再次“关闭”。利用这种方法，我们研究了管状DNAorigami结构在活细胞中的分布和稳定性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 DNA的结构

1．2 DNA纳米结构

1．2．1 DNA纳米小结构

1．2．2 DNA无限网格结构

1．2．3 DNA折纸结构

1．3 基于DNA折纸结构的自组装

1．4 局域等离子场介导圆二色效应

1．4．1 手性

1．4．2 表面等离子体共振

1．4．3 等离子场引导圆二色光谱

1．5 DNA纳米结构在纳米医药领域的应用

1．5．1 纳米药物载体

1．5．2 DNA纳米结构的生物学效应

1．6 本论文的研究目的和研究内容

1．6．1 研究目标

1．6．2 研究内容

参考文献

第二章 DNA折纸结构引导等离子共振纳米结构自组装

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 仪器装置

2．2．2 试剂和耗材

2．2．3 DNA折纸结构的制备

2．2．4 金纳米颗粒的合成和表征

2．2．5 制备DNA修饰的金颗粒

2．2．6 DNA折纸模板引导的金纳米粒子组装

2．2．7 琼脂糖凝胶电泳提纯

2．2．8 形貌表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 DNA纳米结构分析

2．3．2 琼脂糖凝胶电泳分析分析

2．3．3 形貌表征

2．2．4 光学活性分析

2．4 结论

参考文献

第三章 DNA折纸结构在活细胞中的分布和稳定性研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器装置

3．2．2 试剂

3．2．3 制备DNA折纸纳米结构

3．2．4 制备DNA origami-探针复合物

3．2．5 DNA折纸结构的酶解

3．2．6 DNA折纸结构的亚细胞定位

3．2．7 DNA折纸结构在细胞中稳定性

3．3 结果与讨论

3．3．1 利用原子力显微镜表征DNA折纸结构

3．3．2 花青素类染料的聚集诱导发光效应

3．3．2 DNA折纸结构的体外酶解

3．3．3 DNA折纸结构在亚细胞内定位

3．3．4 DNA折纸结构在细胞内的稳定性

3．4 结论

参考文献

致谢

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