[发明专利]一种核酸结构单元自组装成有限或无限DNA纳米结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及DNA纳米技术领域的核酸结构及其合成方法。尤其涉及一种核酸结构单元自组装成有限或无限DNA纳米结构的方法。

背景技术

在纳米级别的自组装合成领域中，核酸的自主装因其可编码性、生物兼容性等原因正越来越受到人们的重视。

上世纪八十年代，Nadrian C.Seeman首次提出利用DNA碱基互补配对的原则可将DNA组装成复杂的空间结构，开创了利用DNA作为纳米级构筑材料而非遗传信息载体的新领域，并将其命名为DNA纳米技术。随后，研究人员通过构造不同基元模块，如DXdouble-crossover、TX(triple-crossover)模块、十字模块和对称模块，并用模块组装得到各式各样的图形结构二维阵列，方形网格等，但模块法组装是借助于小结构单元的碱基互补配对连接成较大的图形结构，其尺寸和形状难以精确控制。

2006年，Paul W.K.Rothemund提出了一个全新的名词“DNA折纸术”DNA origami。他将一条基因组DNA长链M13mp18与数百条短链DNA混合，通过在特定位置的碱基互补配对进行折叠连接，得到了三角形、五角星、笑脸等宛如折纸作品一般令人惊叹的复杂二维结构，比通过模块DNA自组装方法得到的结构更为精密，堪称DNA纳米技术一次里程碑式的突破。

2012年，Bryan Wei等人发明了single strand tiles的方法，直接利用等长度的短链DNA之间的相互配对，通过几百条等长度的短链DNA来形成形状可控的DNA纳米结构。Wei等人利用此方法构建了大量的复杂二维结构。此后，Yonggang Ke等人利用此方法构建了大量的复杂三维结构。

Bryan Wei和Yonggang Ke的工作使人们意识到经典的tile组装方法还具有十分巨大的潜力。目前不同的tile的设计是DNA纳米技术领域的热门方向之一。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种核酸结构单元。

本发明提供了一种核酸结构单元，包括1个或多个双螺旋；

所述多个双螺旋平行排列或呈90-180度角排列。

上述核酸结构单元中，核酸结构单元为A；

A所示的核酸结构单元为将多组背向重叠的发夹结构通过碱基互补配对自组装形成；

每组背向重叠的发夹结构是由2条单链核酸分子按照如下方式碱基互补连接而成：每条单链核酸分子自身回折形成一个发夹结构，将回折的部位称作环，将环两端的结构称作茎，即有两个茎，其中，环仅是化学键(不含有碱基)，

两个发夹结构相对排列，形成如下结构：第一个发夹结构的一个茎与第二个发夹结构的一个茎互补构成双螺旋，第一个发夹结构的另一个茎与第二个发夹结构的另一个茎互补构成双螺旋，四个茎的末端均形成4个游离粘性末端。

所述相对排列为平行相对排列或呈90-180度角相对排列。

上述核酸结构单元中，所述第一个发夹结构的一个茎中形成双螺旋的部分与第二个发夹结构的一个茎中形成双螺旋的部分大小相同；

所述第一个发夹结构的另一个茎中形成双螺旋的部分与第二个发夹结构的另一个茎中形成双螺旋的部分的大小相同；

所述4个游离粘性末端大小相同。

上述核酸结构单元中，A所示的核酸结构单元中每组背向重叠的发夹结构的游离粘性末端碱基数和双螺旋的互补区的碱基数分别为如下1)-10)中任一种，且所有的碱基数均取整数或取整加一；

本发明中1个螺旋周期长度为10.5；

1)所述粘性末端区的碱基数为10.5/2*(2n+1)，且所述互补区的碱基数为10.5/2*(2m+1)；

2)所述粘性末端区的碱基数为5、16、26或36，且所述互补区的碱基数为16、26、36或46；

3)所述粘性末端区的碱基数为10.5*(n+1),且所述互补区的碱基数为10.5/2*(2m+1)；

4)所述粘性末端区的碱基数为10、21、32或42；且所述互补区的碱基数为16、26、36或46；

5)所述粘性末端区的碱基数为10.5*(n+3/4)或10.5*(n+1+1/4),且所述互补区的碱基数为10.5/2*(2m+1)；

6)所述粘性末端区的碱基数为8、18、28、39或者13、23、33、44；且所述互补区的碱基数为16、26、36或47；