退火时间对二维DNA晶体自组装的影响

DNA自组装的过程,不仅需要合适的缓冲液,还需要适当的退火时间.本文利用DNA自组装技术,以反向平行双交叉(double-crossover,DX)DNA分子瓦(DNAtile)作为建筑模块,带有互补黏性末端(sticky-ends)的分子瓦依据Watson-Crick碱基互补配对原则配对连接,成功制备出二维晶体结构.比较不同退火时间下形成的DNA分子瓦结构,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(non-denaturing PAGE)表征.结果表明,退火时间为2.5h时形成的分子瓦的结构较稳定.等量混合此条件下形成的不同分子瓦,分别从50,37和25℃退火至室温,利用原子力显微镜(AFM)对退火后的结构进行表征,结果表明,起始退火温度为37℃时得到的DNA二维晶体较平整.     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

RECQ5β解旋酶DNA退火特性的动力学研究

RecQ家族解旋酶对维持基因组完整性起着关键作用.许多RecQ家族解旋酶不仅可以打开双链及其他更复杂的DNA结构,而且有意思的是,还具有DNA退火活性.本文通过对DNA退火动力学、平衡态下DNA结合以及与单链DNA解离动力学的一系列测量,系统研究了RECQ5β的DNA退火特性.结果显示,在本研究的反应缓冲液条件下,在没有或存在不同的磷酸核苷因子(AMPPNP,ATPS或ADP)的情况下,当酶分子覆盖约40%~50%DNA单链时,RECQ5β催化的DNA退火效率最高.通过对RECQ5β1~662的比较研究证实,RECQ5β的C末端区域对该酶高的DNA退火活性是必不可少的.本文结果将有助于更好地理解RecQ家族解旋酶催化DNA退火的机理.     

基于序列信息高度集成的长单链DNA自组装及制备

DNA折纸术(DNA origami)是DNA纳米自组装的一种主流方法,通常1条DNA主链在成百上千条合成的DNA短链辅助下,通过碱基互补配对原则折叠并锁定生成所设计的纳米结构.单链DNA折纸术(single-stranded DNA origami,ssDNA origami)是传统DNA折纸术的一种进化和衍生,它摒除了传统折纸术对众多短序列的需求,通过高度集成序列信息至1条长单链DNA中,实现了由1条DNA序列自组装成复杂可控的纳米结构.由于体系中不存在过量的短DNA链杂质,并且同样可以顺利移植成单链RNA折纸术,单链DNA折纸术较传统DNA折纸术可能具备更好的生物和材料应用前景.本文概括了长单链DNA自组装的研究进展,总结了几种常用的长单链DNA制备的方法,并展望了该技术的应用前景.     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列研究进展

二维有序微纳米结构阵列往往呈现出有序图案化结构所带来的新颖或增强的性质,由胶体球自组装而成的单层胶体晶体已被广泛应用于二维有序微纳米结构阵列的可控制备.这种方法具有简单、高效、适用范围广等诸多优点,因而愈来愈受到人们的关注.本文简要综述了近年来基于单层胶体晶体的功能性二维有序阵列的研究进展,主要包括二维光子晶体传感器、等离激元纳米阵列、太阳能转换器件、光学与光电器件、表面浸润与黏附以及生物医学材料等方面的最新成果.其中着重介绍了本课题组在Zn S纳米碗阵列、异质结构Ag_2S-Ag纳米碗阵列、异质结构TiO_2纳米棒@纳米碗阵列以及方解石单晶微透镜阵列等方面所取得的一些研究进展.     

磷酸根修饰的二维DNA晶体的研究

利用可编程的刚性DNA分子瓦(DNA tile)中的双交叉(double-crossover, DX)分子的自组装形成二维DNA晶体, 可将分散的具有光、电、磁性质的分子和纳米粒子单元按照Watson-Crick的碱基配对原则精确自组装, 构成分子(纳米)线路和器件. 报道了用磷酸根修饰一条DNA链的5'端脱氧胞嘧啶核苷酸后, 将此DNA链与其他的21条DNA链在一定条件下自组装, 成功合成了具有特定几何构型的二维磷酸化DNA晶体, 并探讨了二维DNA晶体生长的条件和可能的机理.     

3种新形纳米氧化钛阵列体系的模板组装与表征

采用二次阳极氧化工艺制备了高度有序的多孔氧化铝模板, 通过模板法与溶胶-电泳沉积和溶胶-凝胶法结合的模板组装技术, 合成了3种具有高比表面积的纳米TiO₂阵列体系. 采用溶胶-凝胶模板法合成了直径50 nm, 长20 μm, 间距100 nm的棒状TiO₂纳米线阵列体系; 并通过控制模板孔深, 合成了TiO₂纳米点周期性调制薄膜, 薄膜表面的纳米点直径75 nm, 点间距100 nm, 薄膜背面为致密结构; 采用溶胶-电泳模板合成方法制备了形似糖葫芦的TiO₂纳米线阵列体系, 纳米线直径75 nm, 长为20 μm, 每根线都具有周期性的凹凸结构, 形似糖葫芦. 3种纳米阵列体系具有更大的比表面积, 可以预见这种表面调制的阵列体系, 将表现出不同于一般意义的薄膜及纳米点、纳米线的新物性和新效应.     

电位控制DNA在金电极上的分子自组装

采用氨基乙硫醇在金电极上自组装得到自组装单分子层（SAM）,再利用水溶性1－乙基－3（3－二甲氨丙基）－碳化二亚胺（EDC）和N－羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化SAM,用电位控制的方法制备了DNA共价键合修饰电极。研究了控制电位与DNA组装量的关系,并采用循环伏安、交流阻抗、俄歇电子能谱、和原子力显微镜等手段对电位控制DNA修饰电极进行了表征。结果表明,用电位控制的方法得到了共价组装的DNA修饰电极,而且在不同的电位控制条件下,DNA的自组装存在着一定的规律,即负电位对DNA的自组装产生了抑制作用,而正电位对DNA的自组装起到了促进作用,研究结果将对DNA的可控制组装具有较重要的意义,并为DNA纳米器件的研制提供了技术基础。     

烷氧基取代苯甲酸甲酯有序膜结构的STM研究

利用扫描隧道显微镜研究了3, 4, 5-三取代十二烷氧基苯甲酸甲酯(E12)和3, 4, 5-三取代十四烷氧基苯甲酸甲酯(E14)两种分子的自组装结构、组装层分子间相互作用以及两种分子共吸附在石墨表面时的组装结构. 两种分子均在石墨表面有序吸附, 分子在偶极-偶极相互作用下, 烷基链对插排列形成类二聚体的二维有序长程结构. 取代基数目的差异导致两种分子吸附结构不同. 两种分子混合在石墨表面吸附时, 各自形成不同的畴区, 呈相分离状态.     

DNA纳米结构仿中国地图

用DNA在纳米尺度构造了中国地图形状. 所构造的纳米结构由DNA折叠而成, 直径约150 nm, 分辨率约6 nm. 通过原子力显微镜观测到的图形与设计图形几乎完全一致. 该图形的构造方法采用了Rothemund于2006年发明的DNA折纸术. 该研究证明了DNA折纸术具有构造几乎任何复杂二维纳米级图形的能力, 为基于自下而上方法的纳米构造技术提供了新方法.     

基于四链DNA构建纳米结构的研究进展

除DNA双螺旋结构外,DNA分子还可以形成三链和四链等其他二级结构.近些年来人们更加关注四链DNA的研究,包括G-四链体和I-motif结构.一方面由于富G和富C序列存在于基因的重要区域并发挥重要作用;另一方面由于四链结构组装的特殊性和结构柔性,其也常用于构建DNA纳米结构.此前基于双链DNA已经构建出许多纳米结构和材料,并发展出模块组装和DNA折纸等成熟的DNA纳米结构组装方法.本文将重点介绍近些年来富G和富C长链形成的四链DNA纳米结构和以四链结构为基本组装单元构建DNA纳米结构的相关研究进展,并简要介绍四链DNA纳米结构的功能性应用及展望其未来发展方向.     

基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

DNA纳米技术进展

<正>DNA分子是生物体存储和传递遗传信息的载体,具有进化产生的高效性和稳定性. DNA分子互补配对的可预测性和可编程性使其成为极具潜力的纳米构筑材料.特别地,近年来DNA纳米技术的发展为纳米科学和纳米技术带来了新的生长点,为构筑新型纳米组装体、超分子结构和分子机器提供了前所未有的强有力工具.早期DNA纳米技术集中于DNA结构的设计和构建.从最初发展的利用交叉结模块自下而上的层次构筑方案,到基于一条长单链DNA折叠的DNA折纸术的     

真空条件下自组装PEDOT/PSS-ZnO纳米线

通过sol-gel法制备了PEDOT/PSS-ZnO纳米复合材料, 在真空中使其自组装得到了外径约为100 nm, 具有电缆形貌的一维纳米线. 经TEM和EDX光谱测定, 该纳米线的有机外壁是导电高分子PEDOT/PSS, 内芯是多晶结构的ZnO. 研究表明: 环境的真空度和放置时间极大地影响该纳米线的自组装形貌.     

生物结构自组装

生物大分子、复合物分子机器、细胞器、完整细胞乃至生命个体的形成, 自组装贯穿其中, 并有极其复杂的调控机制. 本文归纳分析了生物结构自组装的特点及其物理、化学和几何学原理, 并以新生肽链折叠和染色体折叠浓缩为例描述自组装的生物调控原理. 采用自组装策略, 已经开发了许多生物纳米功能结构, 如DNA平面和立体结构、DNA马达、蛋白纳米线、荧光双分子互补系统等. 研究复杂生物体系的自组装极具挑战, 可使我们更接近生命的本质, 还将为纳米科学技术和仿生学提供许多启示.     

重组别藻蓝蛋白三聚体结构与功能

以基因重组别藻蓝蛋白三聚体为材料,利用原子力显微镜观察到了单分子重组别藻蓝蛋白三聚体的纳米级分辨率的三维图像(短轴约为1.5 nm,长轴约为15 nm的盘状颗粒),与通过透射电子显微镜和X射线晶体衍射得到的天然APC三聚体的圆盘状结构的尺寸十分接近.通过测量荧光发射光谱、吸光光谱和圆二色光谱,对自组装重组别藻蓝蛋白三聚体的正确组装进行了证实.获得了较宽pH范围内的紫外光区(190~250 nm)和可见光区(450~750 nm)圆二色谱数据,通过紫外光区圆二色谱解析,确定了a螺旋是重组别藻蓝蛋白三聚体二级结构的主要组成部分.可见光区圆二色谱解析为别藻蓝蛋白三聚体中存在藻蓝胆素激子耦合对,以及耦合体内以激子分裂进行能量传递提供了证据.本文结果进一步证实,与天然别藻蓝蛋白三聚体相比较,基因重组别藻蓝蛋白三聚体有正确的能量传递功能.     

金属镍基质上直立六边形NiO纳米片的制备与光催化性能

通过金属镍片与草酸钠的碱性溶液于140℃水热反应24 h, 在金属镍片表面原位生长出大面积直立的六边形Ni(OH)2纳米片, 经600℃退火2 h后得到六边形NiO纳米片. 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进行了表征. 结果表明, 六边形Ni(OH)₂纳米片为六方相单晶结构, 厚度大约在200~500 nm范围, 对角线的长度大约在1.6~3.6 μm范围, 六边形NiO纳米片为立方相单晶结构. 研究了草酸钠在六边形Ni(OH)2纳米片形成过程中的作用以及六边形NiO纳米片的光催化特性, 提出了可能的生长机理, 发现六边形NiO纳米片对空气和双氧水氧化甲基橙具有一定的光催化作用.     

胶体晶体制备与应用研究进展

不同于由分子、原子或离子所形成的晶体,胶体晶体是由单分散的微米或亚微米胶体颗粒组装形成的二维或三维有序阵列结构.与通常晶体相比,胶体晶体中占据每一个晶格点的是单分散的胶体粒子.由于具有特殊的周期性晶格结构和光学、模板等性能使其在制备三维有序大孔材料、光子晶体和传感器等领域有着重要的应用价值,受到科学界和工业界的广泛重视.本文综述了近几年来在胶体晶体制备和应用领域研究的最新进展,包括单分散胶体颗粒的制备及功能化、不同类型胶体晶体的自组装制备和图案化、以及胶体晶体在构筑晶体结构模型、二维有序微结构、三维有序大孔材料、光子晶体、传感器和仿生材料等领域的应用,并对其未来研究发展的方向进行了展望.     

双周期阵列的迹表示

二维线性递归阵列在二维信息加密、雷达定位、声纳系统等方面有重要应用,因而得到数字通讯、密码学、信息加工和数学等领域专家的重视,二维线性递归阵列的研究主要涉及到多变元的多项式环,而不是主理想环,故与一维序列的研究方法有本质的不同,本义主要给出二维线件递归阵列的一个好的表示,称为迹表示,从而提供一个研究二维阵列结构的有力工具,目前,对于具有极大周期的二维线性递归阵列(即m-阵列)的迹表示在文献中已给出,进而对阵列的线性递归关系对应的理想只有2个生成元,且其一生成元在没有重根的条件下也得到迹表示,本文是研究一般的线性递归阵列,其对应的主理想只要求是Nother环中的理想,我们利用Gr(?)bner基理论,先找出阵列空问的一组特殊的基底,进而得到阵列的迹表