[发明专利]二分支DNA四面体纳米结构及其合成方法与应用

说明书

本发明属于纳米生物材料领域，涉及二分支DNA四面体纳米结构及其合成方法与应用。通过化学方法合成了两种拓扑结构不同的二分支DNA四面体纳米结构，通过琼脂糖凝胶电泳和原子力显微镜对两种结构的合成情况进行了验证并对两种结构的稳定性进行了对比探究。琼脂糖凝胶电泳结果和原子力显微镜表征结果表明，成功构筑出了这两种二分支DNA四面体纳米结构。

技术领域

本发明属于纳米生物材料领域，具体涉及两种不同拓扑结构的二分支DNA四面体纳米结构的合成。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

DNA是一种长链聚合物，其基本组成单位为脱氧核苷酸单体。这类脱氧核苷酸单体由共价连接的三部分组成：含氮碱基，脱氧核糖和磷酸骨架。在双链DNA中，两条DNA链反向平行排列，两条反向平行排列的DNA主链上位置相对的碱基彼此相互作用形成沃森克里克氢键，其中，A和T碱基对中有两条氢键，G和C碱基对中有3 条氢键。在正常生理条件下，最常见的双链DNA为B型，右手型的 DNA双螺旋，其双螺旋宽度为2.2-2.6nm，每一螺旋周长度为3.36nm, 每一螺旋周有10.5个碱基对。此外，当外界条件发生改变，如骨架附近的含水量减少时，DNA链的构型也会发生改变，在生物体中较为常见的是比B型DNA更为紧密的右手型DNA双螺旋A型以及左手型的双螺旋Z型DNA。

DNA分子具有良好的可编程性、可预测的稳定性及较易合成和修饰的特性，这使DNA分子成为了一种非常理想的自组装材料。线框型DNA多面体中空的结构非常类似于病毒等自然界已存在的结构，可封装化学小分子、药物分子和其他的功能性材料，具有非常广阔的应用前景。众多研究者探究了DNA四面体在生物医学和材料科学等方面的诸多应用，但是目前应用最广的仍为Turberfield组使用一步法合成的四分支型DNA四面体纳米结构。在四分支型四面体的构筑过程中，需要精确控制四条DNA组分链的化学当量比为1：1：1： 1，实验操作起来有较大的难度。为了探究只使用一条DNA链能否成功构建出一个完成的DNA四面体这一问题，研究人员设计并构筑了一个由一条286个碱基的DNA单链合成的纳米级DNA四面体结构，且这种四面体可以通过体内分子克隆技术复制出来。但是发明人发现：受到DNA链极性的限制，该研究中构建的DNA四面体结构并不紧凑，在四面体的一条边上必然会存在一个平行的DNA双螺旋部分。

发明内容

为了克服上述问题，本发明通过化学方法合成了两种拓扑结构不同的二分支DNA四面体纳米结构，通过琼脂糖凝胶电泳和原子力显微镜对两种结构的合成情况进行了验证并对两种结构的稳定性进行了对比探究。琼脂糖凝胶电泳结果和原子力显微镜表征结果表明，本发明成功构筑出了这两种二分支DNA四面体纳米结构。同时，通过对DNA四面体进行拓扑分析并结合DNA链的极性，本发明认为结构紧凑的线框型DNA正四面体最少的分支数为二分支。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了二分支DNA四面体纳米结构，所述DNA四面体的每条边均由31个脱氧核苷酸碱基DNA链与其互补序列杂交形成，在四面体的顶点处设计了一个未配对的胸腺嘧啶T。

本发明证实构筑结构紧凑且对称的DNA四面体所需的最少分支数为两分支，有效地简化了DNA四面体的合成步骤。

本发明的第二个方面，提供了二分支DNA四面体纳米结构的制备方法，包括：

设计构成DNA四面体的DNA单链；

将所述DNA单链混合于缓冲液中，进行升温退火处理，得到二分支DNA四面体纳米结构。

本发明的第三个方面，提供了任一上述的二分支DNA四面体纳米结构在生物检测、活体成像、基因载体或药物传送中的应用。

本发明的有益效果在于：