受体配体相互作用在细胞增殖、信号转导、免疫激活等生理过程中发挥着关键作用,细胞表面的受体配体通常呈现多价相互作用。近年来,框架核酸作为一类具有确定几何形状的DNA纳米支架,已用于体外多价配体的构建,为深入揭示受体配体相互作用机制提供了可靠的工具。利用框架核酸纳米级分辨率的可寻址特性,可实现对配体数目、间距及空间构象等参数的精确调控,进而研究细胞表面受体配体的结合特性及影响因素。本论文中,我们利用框架核酸设计和构建了不同多价配体,通过对配体价态、构象、种类及方向性等参数的调控,提高其与受体分子的亲和力,应用于细胞模式识别成像及靶向药物递送的研究。具体研究内容如下:（1）类原子纳米颗粒编程细胞表面受体配体多价相互作用研究配体的方向性在细胞表面受体配体多价相互作用中至关重要,但是目前的多价配体构建系统通常缺乏对配体方向性的可控编程。基于此,我们设计了可编程类原子纳米颗粒（apt PANs）,以编程多价核酸适配体与细胞表面受体的结合。四面体DNA框架上调控核酸适配体的位置,实现类原子的正交价态和方向,从而构建具有固定适配体数目但方向性不同的多价配体。具有一定柔性和倾向性的aptPANs分子表现出与细胞表面受体分布的自适应结合。我们证明了基于线性寡聚体的apt PANs与肿瘤细胞的高亲和力结合（较单价核酸适配体提高了13倍）,并通过拮抗肿瘤细胞表面受体分子抑制细胞生长（抑制率达50%）。（2）基于框架核酸的抗体互补决定域构象精确调控抗体中互补决定域（CDR）的构象决定了抗原抗体相互作用的亲和力和特异性,然而现有手段不能对CDR构象进行精确的控制,因此CDR微小构象变化对抗体结合特异性和亲和力的影响尚不清楚。我们利用框架核酸近原子级别分辨率的可寻址性,通过CDR多肽的化学偶联,在10 nm范围内进行CDR构象调控,结合分子动力学模拟,重建了CDR的活性构象,揭示了CDR构象与抗体亲和力的关系。（3）框架核酸多色探针用于细胞识别与成像基于细胞表面生物标志物的细胞识别在癌症诊断和靶向治疗等领域发挥着重要作用,然而很多生物标志物表达并不具有细胞专一性,导致识别配体通常对细胞类型缺乏一对一的特异性,限制了细胞识别的精确性。我们利用分形DNA框架的可编程性,将不同种类核酸适配体排列在结构上,提高基于核酸适配体的细胞识别能力,并通过编码不同荧光分子构建多色探针,实现细胞多路成像及分类。（4）基于DNA折纸的配体药物偶联物用于靶向药物递送如何特异性将药物递送至靶细胞仍然是载药平台构建中的一个挑战。我们设计了一种靶向配体修饰的DNA折纸纳米结构（DON）作为前列腺癌靶向治疗的载药平台,阿霉素（Dox）通过嵌入双链DNA负载到DON中。该平台能够调控靶向配体排列,并且具有高效载药能力。使用这种纳米复合材料,可以将Dox选择性地递送至前列腺特异性膜抗原（PSMA）阳性的癌细胞株LNCaP,且治疗效果与修饰在DON上靶向配体的数量相关。