DNA自组装与信息存储

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)作为未来数据的存储介质具有巨大的潜力.近年来,DNA自组装技术发展迅速,其中DNA折纸(origami)和DNA瓦片(tile)设计及组装技术已经实现了纳米结构的原子级精度.DNA自组装纳米结构因其具有空间可寻址性、可编程性等优点,为基于DNA自组装的信...     

DNA纳米机器药物递送研究进展

 天然分子机器是细胞正常功能（包括DNA复制、细胞内物质运输、离子平衡和细胞运动等）的重要执行者。受天然分子机器的启发,人工分子机器的概念被提出并逐步实践。DNA分子独特的理化性质使得其可作为自组装基元用于构建分子机器类纳米结构。DNA纳米结构具有形状可设计性、精确的可寻址性、结构动态响应性及良好的生物相容性,可以作为一种良好的药物递送载体材料。通过可寻址的负载特定功能元件从而构建DNA纳米载体和治疗型DNA纳米机器,可以靶向性地将药物传递到病变组织和细胞,响应性地释放药物,提高药物的细胞摄取率并降低其毒副作用,有望成为优秀的药物递送系统。基于DNA纳米结构的药物载体已经被用于递送小分子药物、寡核苷酸类药物和蛋白药物。以每类药物分子中的典型药物为例,介绍了DNA纳米载体和DNA纳米机器药物递送系统的研究进展,并讨论了其所面临的挑战及可能的发展趋势。     

一种新型DNA纳米结构的构建与结晶

DNA三角形纳米结构的拐角是由DNA同源重组中的Holliday基序构成的.为进一步研究DNA三角形纳米结构,对其拐角截断并引入黏性末端到其基序上,使其能够自组装成为一种新型DNA纳米结构.对该DNA纳米结构进行凝胶电泳分析,发现其迁移速率要比DNA三角形迁移速率小.在这种没有扭曲张力的情况下,该基序只是自组装形成一个二聚体结构,而不是三聚体结构(DNA三角形).对该新型DNA纳米结构进行结晶,并合成得到了硒代核酸,同时也得到了较高质量的硒代单晶,以帮助相位测定.希望对其晶体结构进行测定研究,以便发现该新型DNA纳米二聚体结构和该Holliday基序组装的三维结构,从而更深入地认识DNA纳米材料的组装规律.     

DNA分子的电性质研究进展

DNA(脱氧核糖核苷酸)分子的电学性质关系到生命信息静态的存储和动态的释放,因此一直备受关注.但仅是随着物理实验手段在生物学研究领域的广泛应用,特别是纳米观测和纳米操纵技术的提高,才使研究单个DNA分子的电学性质成为可能.从20世纪90年代以来开展的大量研究工作表明,探明DNA的电学性质不仅能够帮助理解DNA复制和修复的物理机制,而且指出作为天然的纳米结构材料,DNA分子在分子器件学领域具有巨大的应用潜力.回顾了DNA电学性质的研究成果,并对DNA分子在材料学及分子器件学领域的应用前景作以展望.     

DNA Tile计算简述

自1953年Watson和Crick首次提出DNA双螺旋结构以来,DNA作为遗传物质、信息载体和纳米材料被广泛研究,并成为多个领域的研究对象,如基因工程、DNA酶、生物信息学、信息存储、DNA纳米技术等.DNA作为一种天然的纳米材料,具备自组装的能力(A-T、C-G),使其在纳米结构领域成为备受瞩目的材料之一.以DNA构建的纳米结构形态不一,其构建的方法则主要分为两种:DNA Tile和DNA折纸.文章主要阐述DNA Tile的发展历程及其在纳米结构构建领域的应用,并着重介绍DNA Tile在计算领域的广泛应用.     

基于自组装纳米颗粒探针的全错位排列问题的DNA计算模型

全错位排列问题是组合数学中的一类重要问题,可转化为范式的形式,利用自组装纳米颗粒探针对满足性问题进行求解。将纳米金颗粒和DNA序列进行结合,形成纳米金颗粒探针的识别区,并且成拱形结构。当识别区与其补链发生杂交反应时,拱形结构打开并发出荧光,从而给出了全错位排列问题的一种新的DNA计算模型。与传统的DNA计算模型不同,本文将纳米技术和DNA计算理论相结合。     

基于“DNA折纸术”设计图着色问题的解决方案

色数是图论中的一个重要的参数,其属于著名NP(Non-deterministic Polynomial)-完全问题范畴.巨量的着色方案使验证变得相当困难,以至于在传统计算机上无法实现.目前已经有多种算法用于研究图定点着色问题,比如遗传算法,粒子群算法,神经网络算法和模拟退火算法等.随着DNA自组装技术与DNA计算机研究的展开,一些NP-完全问题以及NP-难问题的计算模型被相继提出.除了传统的DNA分子结构被用作计算材料外,其他的DNA分子结构也被用于分子生物计算,比如质粒DNA分子、分子信标结构以及DNA Tile等.采用DNA纳米折纸结构编码信息,借助于纳米结构之间的粘性末端进行自组装,给出了一种非确定性的图着色模型.通过创建数以亿计的参与计算的DNA纳米折纸结构,该算法可以并行的测试每种可能的着色方案.     

拓扑DNA在壳聚糖纳米粒子中的固定化负载

为了体外固定化不稳定单链拓扑DNA,采用阴阳离子共聚法制备壳聚糖/拓扑DNA复合纳米粒子,并进行傅立叶变换红外光谱、粒径/zeta电位和透射电子显微镜等分析表征。结果显示,纳米粒子中DNA上磷酸基团振动峰显著减弱,高温制备样品中双链DNA含量少于低温样品,表明DNA的不稳定单链结构获得了体外固定化;同时,伴随DNA单链比例升高,复合纳米粒子的平均水合粒径由573.9 nm降到205 nm,zeta电位由19.53 mV降到9.75 mV,复合纳米粒子结构由核壳结构转变为实心胶束结构。几种差异结构壳聚糖/DNA纳米粒子的成功制备,可为后续生物活性或载药研究提供良好的技术支持。     

我国科学家在DNA自组装技术方面取得突破

正仿生纳米孔道结构的设计与构建是生物分析、合成化学和限域催化领域的热点。经典的蛋白质纳米孔道结构精确,然而其可控性和稳定性较差;通过电子束刻蚀固态纳米孔道成本高、重复性差、通量低。自组装DNA纳米结构合成纳米孔道具有可编程设计、成本低廉、通量高     

纳米金修饰电极和探针载体的DNA电化学发光分析方法研究

提出以纳米金修饰电极和以纳米金粒子作DNA探针载体的电化学发光检测DNA新方法.首先将纳米金自组装在金电极上,再将含巯基的目标ss-DNA固定于纳米金修饰的电极上,然后与以纳米金粒子作载体的电化学发光DNA探针进行杂交反应,将此电极做工作电极,在含有三丙胺的溶液中进行电化学发光测量.在选定实验条件下,检测囊肿纤维DNA片断(20 base)的线性范围为1.0×10-12~1.0×10-9mol/L,相关系数为0.9954,检出限为5.0×10-13mol/L.实验结果表明,纳米金具有较大的比表面积,可增强DNA在电极上的固定量,从而增强电化学发光检测信号,提高方法的灵敏度.