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功能核酸是具有特异性识别或催化活性等特殊功能的寡核苷酸分子,由于具有设计灵活可控,合成简单,化学稳定性高,便于进行生物化学修饰等优点,在生化分析、生物传感、疾病诊疗等方面有着广阔的应用前景。核酸纳米技术是指利用核酸的自组装特性构建出可操控的新型纳米尺度结构,为生命科学、材料科学、环境科学等领域带来巨大的推动作用。在众多构建DNA纳米结构的材料中,两亲性核酸由于其高效、均一的自组装性能,受到了广大科研工作者的关注。两亲性功能核酸是指亲水的功能核酸与一段疏水化合物组成的共价偶联物。该偶联物将功能核酸优异的化学、生物性能与两亲性化合物高效、均一的自组装行为相结合,可望为基础研究和临床应用提供颇具潜力的新工具。在本文中,我们利用G-四链体和光切割反应,实现了对两亲性功能核酸自组装行为的光调控;利用两亲性功能核酸对细胞质膜的高效自组装,设计了能够靶向癌细胞的外泌体药物递送载体,实现了对癌细胞的选择性杀伤;构建了高效、稳定锚定于细胞膜表面的DNA四面体纳米探针,实现了对细胞外周微环境的实时监测。主要内容如下:(1)在第2章中,我们在两亲性核酸中引入G-四链体和光切割响应官能团,利用自组装使其形成稳定性可调控的DNA胶束。在到达目标位置之前,G-四链体可以将胶束锁定,以对抗血清白蛋白的破坏。到达目标位置处后,可通过远程无损的光照技术,使光切割响应官能团断裂释放出与G-四链体杂交的互补序列,以阻断分子间G-四链体的形成,从而使胶束得以解离,进而实现了对其稳定性的可控调整,可望为疾病诊疗提供智能响应的新工具。(2)在第3章中,我们利用两亲性功能核酸的疏水部分与生物质膜间的相互作用,将二酰基脂质-DNA偶联物锚定于外泌体膜表面,借助外泌体作为天然载体具有良好生物相容性的优势,结合核酸适体的特异性识别功能,将其整合构建了癌症药物的靶向递送平台,提高了化疗效果。(3)在第4章中,我们进一步构建了锚定于细胞膜表面的DNA纳米结构,亲水DNA部分基于碱基互补配对原则自组装成DNA四面体。通过改变DNA四面体中疏水性胆固醇标签的个数,改善DNA四面体纳米探针插入细胞膜表面的效率及稳定性。同时,四面体的立体结构能够对探针有空间上的支撑,减少了探针在细胞膜表面的非特异性吸附。我们以ATP为例,对其在细胞膜表面的情况进行了实时检测。通过改变探针的识别单元,DNA四面体纳米探针可望对多种目标实现检测,为细胞生物学、生物医学研究、药物发现和组织工程等多种应用提供了强有力的工具。