摘要: 随着化学生物学的发展，核酸不只是传统意义上的遗传信息载体，也是构建新型微观和宏观材料的生物材料。框架核酸(Framework nucleic acids，FNAs)是核酸通过自组装合成的、在纳米级精度上可设计性和可修饰的新型纳米结构，已被广泛用于化学、材料科学... 展开 随着化学生物学的发展，核酸不只是传统意义上的遗传信息载体，也是构建新型微观和宏观材料的生物材料。框架核酸(Framework nucleic acids，FNAs)是核酸通过自组装合成的、在纳米级精度上可设计性和可修饰的新型纳米结构，已被广泛用于化学、材料科学、生物医学等领域。框架核酸具有纳米级可寻址性、空间构架特性及良好的可编程性，可以实现基于框架核酸的可控排布，主要包括两类:一类是框架核酸自身的可控排布，即以框架核酸作为单体构建高阶框架核酸结构;另一类是其他材料在框架核酸上的可控排布:即框架核酸作为模板材料，其他材料（包括具有纳米精度的小分子、大分子或纳米颗粒等）排布在模板上。利用框架核酸这两类排布，对合成具有更理想性能的纳米材料有着重要的意义。 本研究着眼于框架核酸的可控排布，在以下两个方面进行探索: 1、设计并构建了一种以DNA四面体为单体的3D树枝状高阶结构。 DNA四面体作为三维框架核酸中一种优秀的结构材料，具有杰出的理化性质:DNA四面体结构简单，易于合成，4条DNA单链经过一步退火即可完成组装;DNA四面体具有良好的结构稳定性和自组装能力，设计DNA四面体上伸出的手臂链，通过手臂链的互补配对杂交即可建立四面体间的连接。因此，通过精确设计四面体单体的手臂链及组装单元，控制组装条件和组装路径，可以实现四面体单体的可控排布。分别设计了伸出3条和4条手臂链的三价和四价DNA四面体结构作为单体，设计伸出1条手臂链的DNA四面体作为“终止剂”，采用逐层组装和分形组装两种路径，成功构建了三分支和四分支的3D树枝状高阶结构，并采取多种表征技术对构建的高阶结构进行验证。这一研究拓展了框架核酸的种类及结构，并为进一步构筑具有新性质的结构材料提供了一种新的途径。 2、通过选择性金属化实现纳米粒子在DNA折纸模板上的可控排布，这一方法具有通用性。 纳米粒子的理化性质与其尺寸和形状密切相关，如何控制纳米粒子的尺寸和形状以及将其排布成理想的纳米结构是实现纳米材料理想性能的关键。DNA折纸结构具有序列特异性和空间寻址性，使纳米粒子能在DNA折纸上精确定位，因此，DNA折纸为构建具有新型结构和功能的纳米材料提供了优秀模板。通过简单延长DNA折纸上的特定位置的staple链，设计特定图案的DNA折纸模板，在DNA折纸模板上加入相应的反应底物，在原位发生选择性金属化反应，实现了金属在DNA折纸上的精确排布，呈现出所设计图案。这一方法具有通用性:在模板图案方面，通过选用其他DNA折纸模板或改变伸出staple的位置和数量，可以设计不同的图形;在材料类型方面，可适用于多种材料，目前已实现多种金属、金属化物和金属合金在DNA折纸模板上的可控排布。这一研究有望实现纳米线路的集成，为构建新型纳米器件提供可能。 收起