DNA是遗传信息的载体,而DNA纳米技术则将这种分子从它的生物学背景中分离出来,将它作为纳米结构工程和材料组装的万能工具。得益于DNA内在生物相容性,自组装能力,结构可编程性,DNA纳米结构在细胞功能化以及疾病诊疗等生物医学应用上有了长足的发展。在细胞功能化方面,DNA相较于其他材料有许多优势。首先DNA的价格低,纯度高,且可以在DNA序列的任意位置进行进一步修饰;其次DNA分子之间的相互作用主要遵循沃森-克里克碱基配对,因此可以预测DNA在细胞上的组装形式。目前已经有多种DNA用于细胞功能化,例如单链DNA,框架核酸,适配体等。在疾病诊疗方面,DNA纳米结构是纳米医学的理想载体。DNA不会产生有害的副产物,DNA纳米结构可以在实体肿瘤中累积,并且有特异的器官靶向性。本论文中,通过对DNA纳米结构进行合理设计改造,设计了响应型DNA纳米结构建立人工细胞通讯并构建了有望推广于临床的纳米诊疗载体。研究内容具体如下:（1）利用pH响应型DNA建立可编程细胞通讯。响应细胞生长分化过程中细胞微环境的变化,进而人工构建细胞间通讯,这在细胞生物学乃至临床医学都是十分重要的。基于此,本论文发展一种利用pH响应型DNA纳米开关赋予细胞建立响应型细胞通讯的能力。通过疏水相互作用以及碱基互补配对,三链DNA被修饰到细胞膜上并且能够精确识别pH变化进而改变DNA构象,释放粘性末端,从而建立细胞组装。进一步证明了响应型的细胞组装可以诱导细胞-细胞接触依赖的信号转导。（2）黑磷纳米片用于治疗急性肾衰竭DNA纳米医学已经证明了二维片状的DNA框架结构能够靶向到肾脏。黑磷纳米片作为一种新型二维材料,其二维薄片状结构,材料表面电负性等物理性质保证了其对肾脏的靶向性,为肾脏疾病治疗提供了潜力。构建了一种基于黑磷纳米片的新型药物递送平台清除多余活性氧用于肾脏治疗。验证了黑磷纳米片广谱的活性氧清除能力,并且验证了黑磷纳米片的体内靶向能力。黑磷纳米片能够有效的降低肾脏内的活性氧水平治疗急性肾衰竭。这些令人兴奋的特性使黑磷成为一种有希望抑制活性氧相关疾病中氧化应激的候选药物,并为肾脏疾病的纳米医学治疗提供了新的见解。（3）序列特异性DNA包被脂质体逃逸网状内皮系统大部分的纳米材料在注射后被网状内皮系统所富集,只有极少量的纳米材料能够递送到靶点。肝脏是网状内皮系统的主要器官,避免肝脏中巨噬细胞的摄取能够有效延长纳米颗粒在体内的循环寿命,进而增加纳米材料的利用率。DNA折纸结构在小鼠模型中优先积累在肾脏中,而在肝脏中的积累很少。基于此,利用DNA作为纳米材料的隐形涂层,帮助纳米材料逃逸网状内皮系统。发现poly-A DNA包被的脂质体能够有效逃逸巨噬细胞的摄取,有助于减少脂质体在正常肝脏中的积累。总的来说,利用框架结构纳米材料,能够调控细胞间的通讯以及材料的生物分布,并进行疾病的诊疗。该系统有望进一步应用于智能药物递送,推动纳米生物医学的发展。