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近四十年来,作为生物遗传物质的DNA,被广泛用做构建纳米器件的基础材料。其最显著的优点是可以在纳米尺度对分子进行操控,实现目标分子的精确定位和编程;同时,作为生物内源性的物质,DNA具有很好的生物相容性。利用DNA分子构建纳米装置,再将这些纳米装置用于调控生物系统的功能是DNA纳米技术的主要目的。本论文的主要内容是以DNA框架核酸结构为基元,构建fSunTag(framework nucleic acids SunTag)纳米探针,用于活细胞的多色成像;还利用DNA嵌段共聚物构建了两亲性的DNA四面体实现了疏水性荧光染料的转相。并进一步对DNA纳米结构在活体组织中的成像效果进行了研究,通过对脂质体进行密集DNA修饰,提升了肝肿瘤组织的成像信噪比。最后,利用DNA与蛋白的协同组装构建了蛋白-DNA的亚微米复合物。本论文主要涉及四部分工作,具体内容如下:1)以框架核酸结构—DNA四面体为基元构建了fSunTag探针,实现了高亮度,多通道的生物荧光成像;该方法可以精确的控制荧光分子的相对位置及组合方式,对荧光分子进行“编程”,从而构建出荧光强度量子化的多色探针,用于活细胞的多色成像。fSunTag还可以招募多个核酸适体,实现细胞的高亲和力成像。该方法具有很强的普适性,可实现细胞的高通量检测和多色成像。2)利用DNA嵌段共聚物构建了两亲性的DNA四面体实现了疏水性荧光染料的转相。通过调控两亲性DNA四面体上烷基链的数目,可以改变两亲性DNA四面体包裹的荧光分子数目。另外,该两亲性载体可以为装载的荧光分子提供保护,提高荧光分子在生理条件下的光稳定性和抗紫外光漂白的能力。3)利用DNA对脂质体进行了修饰,改变了脂质体在体内的代谢分布,降低了脂质体在正常肝脏组织中的累积。这种材料作为探针可以区分肝肿瘤组织和正常肝组织,提升肝肿瘤组织的成像信噪比。4)将DNA纳米技术和蛋白自组装技术结合起来,利用DNA的精确自组装和蛋白质分子的高效自组装,构建了同时具有DNA四面体和蛋白的复合结构。该复合结构包含了大肠杆菌菌毛蛋白CsgA组装的蛋白纤维和不同个数的DNA四面体,在亚微米尺度保持了很好的直链形态。这种组装方法为构建复杂纳米器件和功能材料提供了一种新思路。综上所述,我们利用DNA的可编程性和生物相容性,构建了可用于活细胞及生物组织成像的新型DNA纳米探针,探索并扩展了构建复杂DNA纳米结构的新方法。