新型DNA功能体系的构筑

• 作 者: 程恩隽
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: DNA分子 i-motif结构 水凝胶 碳纳米管 病毒衣壳蛋白 自组装

近年来，DNA分子以其精确的分子识别能力、序列可编程性以及清晰明了的二级结构等诸多特性，迅速成为纳米领域中独一无二的明星分子，其已经在纳米结构组装以及纳米器件构建等领域大显身手。　　
本文以新型DNA功能体系的构筑为远期目标，对DNA分子自身以及与其他纳米材料相互作用所得到的功能体系进行了开发与探索。　　
首先，本文构建了一种基于i-motif结构的纯DNA水凝胶体系。DNA i-motif结构是一种对质子敏感的四链螺旋结构，我们将其用作连接Y型结构单元的交联剂。当环境pH值为5的时候，i-motif结构形成，将体系中的Y型结构单元连接在一起，形成三维网格结构，当达到一定浓度即形成DNA水凝胶。当调节pH值到8，i-motif结构被破坏，DNA水凝胶失去交联点，转变为溶胶。另外，这种凝胶溶胶两态间的转变完全可逆且时间极快，在几秒钟之内便可完成。我们制备的水凝胶在生物传感，组织工程，药物输运以及纳米机械器件方面有着潜在的应用前景。　　
其次，本文还开展了DNA与碳纳米管杂化体系的研究。通过化学连接的方法，将氨基修饰的含有半i-motif结构的DNA序列与羧基化碳纳米管相连，实现了酸碱调控碳纳米管的可控聚集与解聚。另外，在pH响应DNA水凝胶的基础上，我们将碳纳米管作为交联剂引入到DNA水凝胶中，得到了DNA与碳纳米管杂化型水凝胶，除保持了pH快速响应的特点，还使其机械性质得到改善。　　
最后，本文构筑了DNA指导的病毒衣壳蛋白自组装功能体系。我们利用黄瓜花叶病毒(cucumber mosaic virus，CMV)的CP蛋白作为材料，首先在大肠杆菌系统中大量诱导表达变性蛋白，并且探索改进了CP重新折叠的方法，提高了蛋白复性纯化的效率，为研究CMV衣壳蛋白的体外组装提供了必要条件。以此为出发点，利用异体双链DNA作为生物模板，指导CMV CP在体外合成长度可达数微米的螺旋带状结构，并进一步研究了其组装机理。