[发明专利]一种DNA四面体结构、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种DNA四面体结构、制备方法及其应用。本发明公开了一种构建DNA四面体结构的序列。四面体结构由四条DNA单链组成；每条单链折叠形成三角形，组成四面体结构的其中一个面，所述四面体结构的每条边由两段DNA单链组成，每条边上的两段DNA链互补结合；所述四面体结构其中一条边不完全互补，由第一段双链DNA以及一段单链DNA组成。本发明制备一个完整的且尺寸控制、具有刚性的DNA四面体结构。基于该DNA四面体纳米结构开发的生物传感器在生物检测、活体成像、基因载体、药物传送等方面显示出良好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米生物材料，特别涉及一种DNA四面体结构、制备方法及其应用。

背景技术

DNA分子是自然界储存重要遗传信息的载体，几乎编码了整个生物体。DNA分子遵循经典的Watson-Crick原则，通过碱基互补配对形成双螺旋，这一独特的分子特异性赋予了DNA可编程性以及作为工程材料的能力。在过去的三十年，正是因为来自化学、材料科学、生物学、物理学乃至计算机科学等领域的研究人员共同投身于DNA纳米技术领域，设计并发展了由简单到复杂、从一维到三维、由静态到动态的多种DNA纳米结构，极大提升了DNA纳米结构的数目和复杂性，为实现多种功能奠定了物质基础。

在DNA纳米结构各方面潜在的研究应用中，其在生物学以及生物医药学方面的应用更具吸引性，主要因为这些DNA纳米结构具备细胞膜通透性、低细胞毒性以及抗酶降解特性等，而这些特性恰恰是活体细胞研究中所具备的条件。其中一种纳米结构——DNA四面体纳米结构(Tetrahedral DNA Nanostructures,TDNs)，这种结构是由四条单链DNA组成，每条DNA单链形成该三维结构的其中一个面，而每条边上的两条DNA链又能够两两配对连接一起。相对于其他的DNA纳米结构，DNA四面体作为一种最简单而又最牢固的金字塔形三维结构模型之一，其制备较为简单并且产率高、尺寸以及动态性均可以调节，同时DNA四面体具有高度的机械刚性和稳定性，丰富的功能化修饰位点单一尺寸结构分布等。这些特性都说明了DNA四面体在生物检测、活体成像、基因载体、药物传送等方面显示出良好的应用前景。例如在药物载体研究方面，Li jiang等利用DNA四面体载带免疫激活的CpG核普酸序列，激活免疫信号的通路提高细胞体的免疫活性。在生物检测方面，Pei hao等在DNA四面体边长上设计三种不同的DNA序列，通过分别与氢离子、汞离子和ATP的作用形成的结构的变化，使得序列两段的荧光信号随之改变，以此在体外检测靶分子。

发明内容

发明目的：本发明的目的为提供了一种DNA四面体结构。本发明的另一目的为提供了该DNA四面体结构的制备方法。此外，本发明还提供了该DNA四面体结构的其应用。

技术方案：本发明第一方面提供了一种DNA四面体结构，由四条DNA单链(ss-DNA)组成；每条单链折叠形成三角形，组成四面体的其中一个面，所述四面体的每条边由两段DNA单链组成，四面体结构每条边上的两段DNA链互补结合；所述DNA四面体其中一条边不完全互补，由第一段双链DNA以及一段单链DNA组成。

所述四面体结构中的四条DNA单链，其中三条DNA单链由88个碱基组成，另外一条DNA单链由为72-82个碱基组成。

所述四条单链DNA的序列，如SEQ ID NO.1～4所示。

从本发明的单链设计可以看出，本发明通过四条ss-DNA中设计的碱基分布，使得单链组合而成的四面体每条边均通过碱基互补配对作用，搭建形成的三维立体。

通过SEQ ID NO.1～4序列得到一个五个边长为26对碱基且最后一个边不完全互补的DNA四面体结构，通过在三条DNA链顶点引入功能性基团，另一条短DNA链引入一个特异性互补DNA单链，可制备一个完整的且尺寸控制、具有刚性的DNA四面体结构。基于该DNA四面体纳米结构开发的生物传感器在生物检测、活体成像、基因载体、药物传送等方面显示出良好的应用前景。