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DNA纳米结构具有精确可控性和高度可寻址性,良好的生物相容性和稳定性,较高的细胞膜渗透性和可控的靶向释放能力,在生物传感、细胞成像、药物运输、引导脂质体和蛋白质等新纳米材料合成方面得到广泛应用。本论文基于DNA三棱柱构建了两种功能性DNA纳米结构,并用于生物学研究。主要的研究内容概括如下:(1)基于DNA单链砖块自组装策略,我们采用最少的DNA链组装了一个结构高度对称、具有多个结合位点的三维DNA三棱柱纳米结构。采用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术表征了 DNA三棱柱的自组装过程,动态光散射(DLS)测量DNA三棱柱的尺寸为(16.0±2.0)nm,原子力显微镜(AFM)扫描分析其高度为(1.3±0..3)nm。同时,DNA三棱柱在胎牛血清(10%FBS)中6h仍能保持其结构的完整性,表明该DNA三棱柱纳米结构具有很好的生物稳定性,有望用于复杂的生物微环境中。(2)基于裂开型的核酸适配体和DNA三棱柱,我们构建了一种DNA三棱柱纳米探针用于活细胞内ATP检测。在ATP浓度为0.03-2 mM的范围内荧光发射强度的比值(FA/FD)与ATP浓度呈线性关系,该纳米探针对ATP有很高的选择性。DNA三棱柱较高的抗酶降解能力和良好的生物相容性,使DNA三棱柱纳米探针有很高的细胞渗透性。同时,细胞内成像表明DNATP纳米探针能够有效地检测ATP并能够监测细胞内ATP的浓度变化。更重要的是使用裂开型的核酸适配体和FRET“off-on”的成像机制能够有效地避免假阳信号的干扰。(3)我们构建了一种3D DNA-Iogic gateTP的纳米机器,它不仅可以双特异性识别细胞膜表面过表达的生物标志物,还可以在靶标细胞表面执行“AND”布尔逻辑操作,输出“CN”信号。相比于高分散的双链DNA(dsDNA)分子回路,3D DNA-logicgateTP纳米机器呈现出更好的分子识别能力和分子靶向能力。