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DNA组装体的若干应用研究

作　者: 周超
导　师: 刘冬生
学　校: 清华大学
专　业: 化学
关键词: 自组装 DNA纳米技术分子机器多重相互作用
分类号: Q523
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

DNA分子因其序列可编程性、明确的二级结构、分子的精确可识别性等特点被看作是纳米尺度自组装的理想材料，经过三十多年的发展，目前以DNA为材料可以自组装几乎任意的静态纳米结构和丰富的动态组装体系，并形成了DNA纳米技术这一新兴领域。随着DNA自组装技术的日益完善，探索DNA组装体的应用成为了这一领域的前沿核心问题。本论文的工作旨在研究DNA体在以下两个方面的应用：动态的DNA分子机器构建的双重相互作用和DNA组装体指导的两亲分子的可控自组装。在第一部分中，我们设计了一个镊子状的DNA分子机器，利用它构建了一个能够可逆调节的双重相互作用。这一分子机器能够可逆调节配体间距，实现对双重相互作用的可逆形成和破坏，从而调控配体对受体的结合能力。当分子机器闭合时，配体间距处于合适的距离，它可以通过两个配体的协同作用与受体发生强结合，当两个配体间距因分子机器打开而被拉大时，两个配体不能同时与受体结合，强的双重相互作用被破坏，只能产生弱的单配体结合，使得受体从分子机器上释放。这种强弱相互作用的可逆切换可以通过加入序列特异性的单链DNA来调节。在第二部分中，我们利用精确的DNA折纸术得到的组装体为模板指导了两亲分子的自组装。我们设计了一个基于单链DNA为亲水区的两亲性分子，通过这段单链DNA与参与自组装的DNA的互补使得DNA自组装和两亲分子自组装这两个过程联系起来。我们首先研究了在热力学控制的退火条件下两种分子的共组装，结果表明在这种条件下，DNA自组装和两亲性共组装并非孤立进行，而是共同发生并相互影响的。DNA自组装体通过互补两亲分子形成一个局部高浓度区域继而诱导其他两亲分子在这一区域发生自组装，这一自组装过程又影响了DNA自组装的过程，生成具有亲水-疏水-亲水三层结构的共组装体。基于对共组装过程的理解，我们设计了二维DNA自组装体指导的两亲分子可控地形成层状结构的自组装。我们首先纯化得到在某一个面上设计有粘性末端的二维矩形DNA自组装体，通过相同的局部高浓度诱导机制诱导两亲分子的自组装在DNA组装体的表面发生，这一自组装过程最终形成一个由两亲分子形成的层状结构，其结构和尺寸取决于DNA组装体上粘性末端的设计。通过这一可控自组装的设计，我们成功制备了DNA组装体支持的，纳米尺寸的形状和尺寸可控的水溶性两亲分子层。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-23
  1.1 DNA 纳米技术  8-10
    1.1.1 DNA 的结构与性质  8
    1.1.2 DNA 纳米技术的基本思想  8-10
  1.2 静态 DNA 自组装  10-17
    1.2.1 静态 DNA 自组装技术的发展  10-16
    1.2.2 静态 DNA 自组装结构的应用  16-17
  1.3 动态的 DNA 分子机器  17-21
    1.3.1 DNA 分子机器的设计  17-19
    1.3.2 DNA 分子机器的应用  19-21
  1.4 本论文的设计思想  21-23
第2章 DNA 分子机器设计和调控多重相互作用的研究  23-39
  2.1 本章引论  23-25
  2.2 实验部分  25-26
    2.2.1 试剂、材料与仪器  25
    2.2.2 实验操作方法  25-26
  2.3 DNA 分子机器的设计、组装与表征  26-31
    2.3.1 DNA 分子机器的设计  26-29
    2.3.2 DNA 分子机器的组装及表征  29-31
  2.4 DNA 分子机器对凝血酶与其核酸适配体结合能力的调控  31-38
    2.4.1 研究体系的选择及核酸适配体在分子机器上的设计  31-32
    2.4.2 DNA 分子机器构建的单配体与双配体体系对凝血酶的结合能力  32-34
    2.4.3 双配体 DNA 分子机器对凝血酶的的结合能力的调控  34-35
    2.4.4 双配体分子机器与凝血酶结合能力的定量研究  35-36
    2.4.5 双配体 DNA 分子机器对凝血酶活性的调控  36-38
  2.5 本章小结  38-39
第3章 DNA 与基于 DNA 的两亲分子的共组装  39-62
  3.1 本章引言  39-40
  3.2 实验部分  40-42
    3.2.1 试剂、材料与仪器  40-41
    3.2.2 实验操作方法  41-42
  3.3 两亲性 DDOEG 分子的设计与自组装  42-43
  3.4 DNA 组装体的设计、组装与表征  43-52
    3.4.1 DNA 组装体的设计  43-51
    3.4.2 DNA 组装体的组装与表征  51-52
  3.5 DDOEG 分子与 DNA 分子的共组装的研究  52-60
    3.5.1 DDOEG 分子与 DNA 分子的共组装体的形貌分析  52-53
    3.5.2 DDOEG 分子与 DNA 分子共组装体形成机理的分析  53-55
    3.5.3 DNA 组装体上粘性末端的密度对共组装的影响  55-57
    3.5.4 DNA 组装体的性质对共组装的影响和调控  57-60
  3.6 本章小结  60-62
第4章二维 DNA 组装体支持的两亲性分子层的组装  62-71
  4.1 引言  62-63
  4.2 实验部分  63-64
    4.2.1 试剂、材料与仪器  63
    4.2.2 实验操作方法  63-64
  4.3 二维 DNA 组装体指导的两亲性 DDOEG 分子层的组装  64-69
    4.3.1 设计思想  64-65
    4.3.2 不同浓度的 DDOEG 分子在 DNA 组装体上的组装和表征  65-68
    4.3.3 两亲性 DDOEG 分子层结构的透射电子显微镜表征  68-69
  4.4 本章小结  69-71
第5章总结与展望  71-73
参考文献  73-79
致谢  79-81
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  81

DNA组装体的若干应用研究

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