脱氧核糖核酸,是生物体内储存和传递遗传信息的基因载体,在生物体的生长发育和遗传过程中起着举足轻重的作用。在DNA纳米领域,基于DNA的序列特异性,独特的可编程性和多样性,其已经被用于许多纳米尺度结构和功能的合理设计,展现了在生物传感、逻辑运算及疾病诊断与治疗等方面突出的应用潜力。这些纳米尺度结构和功能的合理设计都是基于核酸杂交和链置换反应进行的。本论文重点研究了基于核酸杂交的动力学以及bulge结构对杂交速率和链置换速率的影响,具体工作如下:1.首先初步研究了有无bulge结构双链的杂交动力学。探究了不同温度,不同盐浓度对于具有bulge结构的双链形成动力学影响;同时改变了单链底物配比。通过对动力学曲线的比较分析,得出不同条件下的反应速率趋势,以及不同长度的bulge对杂交速率的影响。2.基于双链杂交的动力学结果,探究了bulge结构对双链置换动力学的影响。首先利用凝胶电泳初步确定了两条单链完全反应形成双链的最佳比例,接着利用凝胶电泳进行了链置换反应条件的初步探索与表征,确定反应进行的程度。最后进行了荧光动力学表征,研究不同温度、不同盐浓度对反应进行程度的影响;以及在不同位置相同长度的bulge结构对链置换速率的影响也做了相应的探究。3.基于bulge DNA双链置换结果的启发,将双链bulge结构的链置换应用于三条核酸序列形成的Y结构。首先利用凝胶电泳探究了三条链以不同比例退火形成Y型结构并找出其最佳反应比例,接着探究了具有不同长度bulge的Y结构置换速率,以及对应于Y结构不同位置相同长度的bulge对链置换反应的影响;其次研究了bulge单链反向置换完全匹配Y结构的动力学,比较其置换速率;最后研究了不同长度toehold对链置换反应速率的影响。综上所述,本论文基于双链杂交反应和toehold介导的链置换反应,从凝胶电泳方法和荧光动力学方法两种手段出发研究了bulge结构对链置换反应的影响并且比较了各反应进行的快慢。本文的研究为构建多功能的DNA逻辑电路或设计复杂的纳米结构提供了新思路,同时对于由DNA bulge引起的疾病诊断和治疗提供了参考。