多链DNA结构模块构建的复杂纳米结构

Abstract：Programmable self-assembly of nucleic acid provides a powerful approach for construction of a variety of complex nanoscale structures and devices. Over more than three decades of development in the field of DNA nanotechnology, a vast collection of nanostructures have been constructed with diverse structural motifs. In this proposed project, we will design new generation of DNA motifs to form a variety of discrete-size wireframe structures with different mesh sizes. We will design different motifs to study the geometric properties, thermodynamic behaviors and biochemical characteristics of the resulting structures in order to further elucidate the mechanisms of the self-assembly. We also propose to apply the different motif types to the self-assembly of 3D DNA nanostructures. Finally, we plan to use the nanostructures constructed as templates in structural biology.

摘要：核酸的编程自组装提供了一个非常强大的构建复杂纳米结构和器件的方法。三十年以来，DNA纳米科技领域已经涌现了多种以不同结构模块构建的复杂纳米结构。在本研究计划中，我们将设计新一代的DNA结构模块来形成多样的有固定边界的线框型结构（各自具有不同的网眼形状和尺寸）。我们针对不同的DNA结构模块研究其相应结构的几何特征，热力学行为和生化特性从而进一步阐明自组装的机理。我们还计划将不同的结构模块用于三维纳米结构的构建。最后，我们将把构建成的纳米结构作为模版应用于结构生物学之中。

DNA纳米技术正在朝着成为各种生命科学研究强有力的工具快速发展，本项目为了更好服务于下游应用，设计开发新一代多链DNA结构模块，用于自主装形成二维和三维DNA纳米结构。首先构建出了DNA点阵结构，实现了形成无线大的条带状二维DNA纳米结构的目标；然后利用不同夹角的DNA点阵结构构建出三维多面体结构；最终通过三角化处理，获得了刚性较好的三维DNA纳米结构。我们所构建出的具有规则形状的三维DNA纳米结构，可以帮助蛋白质规则排列，应用于结构生物学的研究工作中。共发表7篇SCI期刊论文，2项国内专利申请。