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DNA作为一种纳米级别的分子，以其精确的分子识别能力、序列可编程性质、简单而清晰的二级结构等诸多优点成为组装纳米结构和构建纳米器件的优秀材料。i-motif结构是一种对质子敏感的四链螺旋DNA结构，它已经被设计为可利用酸/碱驱动的高效分子马达以及多种分子器件。本文以i-motif结构的外延式发展和长远应用为目标，对其构建马达的新型驱动方式和其特殊的组装性能进行了探索。
首先，本文开展了电驱动i-motif分子马达的研究。该研究开发了一种“电位-pH值”负反馈的电化学芯片，该芯片可以通过电解水使反应区溶液迅速达到指定pH值。荧光显微镜观察发现，利用芯片使马达溶液在pH5～8间转换，可以驱动马达快速运转，其一个冲程在一分钟内即可完成并可循环三十余次。还利用电化学工作站实现了马达的自动化控制。这一工作为硅基电子信息技术与溶液相核酸纳米技术的整合搭建了一个富有潜力的平台。
其次，本文对i-motif结构用于分子自组装形成新型高级结构进行了探索。利用四分子i-motif结构含有八个自由末端且上下对称的特点，可以设计两种组装单元A与B，二者核心区i-motif结构相同但分别在每条重复C序列的5’端或3’端延伸出互补单链。二者进一步组装成具有i-motif轴心和双链周期性枝权的(AB)n新型结构。利用该结构双链末端修饰硫辛酸，还可以进一步指导5nm粒径的金颗粒组装为双排球链。该工作为非双螺旋DNA二级结构参与丰富多样的核酸纳米组装提供了可能性。
最后，本文探讨了i-motif结构热力学稳定性的相关因素。比对不同序列的热力学信息可以发现，重复胞嘧啶数的增多将大大提高形成i-motif结构的稳定性并将结构转化pH点向碱性方向推移；将任何位置的胞嘧啶替换为其他碱基都将降低i-motif结构的稳定性，而中间层的改变对稳定性的影响最大；胞嘧啶替换为鸟嘌呤比替换为其他碱基对稳定性会有更不利的影响。这一工作对合理改造i-motif结构以适应更为广泛的应用具有指导意义。