纳米材料的精确调控能够很好地发挥其自组装性能,并实现纳米器件的构建,引领新型材料的开发及其在生物医学等领域的广泛应用。DNA作为一种遗传信息的载体,本身储存着大量的信息,能够通过碱基互补配对实现信息的传递,以及对纳米材料位置、距离、结构、性能的调控。本研究主要基于DNA序列的特异性及可寻址性,对不同序列与碳纳米管材料的相互作用机制进行研究,并利用其实现了对DNA序列的可视化直接检测,为新型信息存储提供了新的手段。然后在构建DNA-碳纳米管探针的基础上,通过DNA纳米结构的精确定位能力和球状核酸的高杂交能力,构建了一系列精确有效的碳纳米管阵列。具体内容如下:一、我们设计了一种具有高度抗形变的DNA纳米筏,并对其物理性质进行研究。通过修改origami中DNA的碱基个数来提高其平整性,通过提高厚度来提高其刚性,从而构建了一种形貌可控、可精确组装、高度抗形变的纳米筏。与传统的单层DNA折纸相比,双层纳米筏由于其结构特性而具有更高的抗形变能力。我们通过这种DNA纳米筏,利用可视化的金纳米颗粒,实现了单链DNA在纳米界面上的精确定位。将两种DNA origami所构建的界面进行对比,双层origami上金纳米颗粒之间的距离更接近于我们设计的理论值。这项研究对纳米结构的设计、纳米颗粒的组装及精密器件的构建提供了更好的支撑平台。二、我们在刚性origami界面上构建不同构型的金纳米颗粒阵列。借助于最新的双层界面,我们改进了结构设计,将origami的刚性提高、平整性增强,并且在界面上通过DNA杂交的方式组装金纳米颗粒,实现了对不同数目、不同构型纳米颗粒的组装。同时,我们还通过DNA粘性末端相互作用力和末端堆积作用力构建大尺寸的刚性平整origami模板,同时实现了界面上纳米颗粒的有序组装。这为小分子、蛋白质以及大分子聚合物等在界面上的高效限域的反应提供了基础。三、构建了一种高精度、高效率排布碳纳米管的方法。我们利用DNA origami的精确定位能力和球状核酸的高杂交能力,发展了一种球状核酸介导的碳纳米管平行排布的新方法,实现了碳纳米管在origami表面的平行排布。该方法能够将阵列角度的精确度控制在10°以内,相比于传统互补配对的方案,组装效率提高5倍。另外,通过调节界面排布形状,证明了平行排布的碳纳米管能够产生相对于交联排布更少的导电路径错误。这种DNA纳米技术与球状核酸相结合的技术对碳纳米管排布的方法在制造大范围高性能电子器件方面呈现出巨大的潜力。四、我们通过DNA在碳纳米管表面的聚集作用,构建了一种管状核酸。我们发现DNA序列与碳纳米管之间存在序列依赖的特异性相互作用。通过研究不同序列同碳纳米管界面的相互作用机制,我们发展了一系列DNA-碳纳米管复合生物探针。然后借助原子力显微镜的高分辨成像分析,实现了对DNA序列的可视化直读检测。最后利用DNA与碳纳米管之间的相互作用,开发了一类基于碳纳米管操纵的DNA信息存储新方法。