基于DNA纳米管的原位X射线小角散射表征研究

论文摘要

生物大分子纳米管在跨膜离子/分子通道,细胞内转运和细胞间通讯等生理过程中,起着重要的作用。虽然遗传编码的蛋白质纳米管在体内占主导地位,但随着DNA纳米技术的发展,仿生DNA纳米管的体外构建逐渐引起了人们的浓厚兴趣。研究者们希望构建具有用户定义结构特征且具有一定生物学相关性的DNA纳米管,这促进了这些纳米管在不同领域的应用,例如药物载运及可控释放,纳米材料模板,以及人造膜通道的构建等。DNA纳米技术为构建纳米级任意大小和形状的复杂材料提供了强大的自下而上的方法。典型的DNA纳米管可以用平行排列的DNA双链体组装,或通过闭合DNA Tiles晶格组装。这些人造DNA纳米管可以用户定制并进行位点特异性修饰,以实现仿生功能,包括离子/分子通道,生物反应器,药物递送和生物分子传感等。然而,关于DNA纳米管在溶液中的结构信息知之甚少。本文报告了利用同步加速器小角度X射线散射(SAXS)对DNA纳米管的原位表征方法,实验所用的DNA纳米管由具有确定长度分布的单元组成。通过结合实验和理论研究,发现利用SAXS获得的结构数据与原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)结果一致。我们的研究结果表明SAXS是一种可靠的DNA纳米管结构分析方法,可以帮助我们在今后的工作中合理设计其他纳米管结构。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 DNA纳米管简介
•   1.2 DNA纳米管的设计策略
•     1.2.1 单链DNA Tiles
•     1.2.2 多交叉DNA Tiles
•     1.2.3 DNA折纸
•     1.2.4 多梯级DNA纳米结构
•   1.3 表征方法和纳米管特性
•   1.4 仿生DNA纳米管的应用
•     1.4.1 货物运载工具
•     1.4.2 线性纳米模板
•       1.4.2.1 无机材料
•       1.4.2.2 蛋白质
•       1.4.2.3 荧光染料
•       1.4.2.4 DNA分子机器人
•     1.4.3 膜通道
•     1.4.4 多酶级联生物反应器
•     1.4.5 DNA纳米机器人
•   参考文献
• 第二章 DNA纳米管的合成及原位X射线小角散射表征
•   2.1 引言
•   2.2 DNA纳米结构设计及合成
•     2.2.1 DNA纳米结构的设计
•       2.2.1.1 DNA纳米管单体的设计
•       2.2.1.2 DNA纳米管榫接方式的设计
•       2.2.1.3 DNA纳米管长度控制的设计和方法
•     2.2.2 DNA纳米管的合成与长度控制
•       2.2.2.1 DNA纳米管单体的合成
•       2.2.2.2 DNA纳米管的长度控制
•   2.3 原位X射线小角散射表征
•     2.3.1 原位X射线小角散射表征制样
•       2.3.1.1 琼脂糖凝胶电泳实验
•       2.3.1.2 纯化后DNA纳米管长度控制
•     2.3.2 原位X射线小角散射实验
•     2.3.3 原位小角散射数据分析
•   2.4 传统方法表征
•     2.4.1 原子力显微镜表征
•       2.4.1.1 原子力显微镜简介
•       2.4.1.2 原子力显微镜表征制样
•       2.4.1.3 原子力显微镜表征数据分析
•     2.4.2 透射电子显微镜表征
•       2.4.2.1 投射电子显微镜简介
•       2.4.2.2 透射电子显微镜样品的制备
•       2.4.2.3 透射电子显微镜表征的数据分析
•     2.4.3 动态光散射表征
•       2.4.3.1 动态光散射表征简介
•       2.4.3.2 动态光散射表征样品制备与设备
•       2.4.3.3 动态光散射表征的数据分析
•   2.5 实验部分
•     2.5.1 实验材料
•     2.5.2 DNA纳米管单体的合成
•     2.5.3 DNA纳米管的长度控制
•     2.5.4 透射电子显微镜表征
•     2.5.5 原子力显微镜表征
•     2.5.6 原位小角X射线散射实验
•     2.5.7 动态光散射表征
•   参考文献
• 第三章 DNA纳米管的仿生矿化
•   3.1 DNA纳米管的仿生矿化简介
•   3.2 DNA纳米管的仿生矿化实验
•     3.2.1 实验材料
•     3.2.2 DNA纳米管的仿生矿化实验
•     3.2.3 DNA-二氧化硅复合物的表征
•   参考文献
• 第四章 总结与展望
•   4.1 DNA纳米结构设计与合成的讨论
•   4.2 DNA纳米管的聚集问题
•   4.3 DNA纳米管的多分散性对SAXS数据的影响
•   4.4 展望
•   参考文献
• 附录
• 作者简历及攻读硕士期间发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱博文

导师: 诸颖

关键词: 折纸,纳米管,同步加速器小角度射线散射

来源: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 化学,材料科学

单位: 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)

分类号: O657.3;TB383.1

总页数: 85

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