1、功能核酸是指具有特殊功能的核酸分子，一般來(lái)說(shuō)包括兩大類:一類是與抗體性質(zhì)相似，能夠與目標(biāo)分子特異性結(jié)合的DNA/RNA，稱為核酸適配體（Aptamer）[1];另一類與蛋白酶催化活性類似的核酸分子，稱為DNA酶(DNAzymes)[2-4]。功能核酸的出現(xiàn)突破了人們觀念中核酸只能作為遺傳物質(zhì)和轉(zhuǎn)運(yùn)載體的認(rèn)識(shí)，為科員人員的研究提供了新的平臺(tái)。
　　近年來(lái)，納米材料由于其獨(dú)特的光學(xué)和電化學(xué)性能，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)

2、用。尤其是，DNA本身也可以組裝成納米材料，為生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的推動(dòng)作用，因此備受廣大科研工作者的關(guān)注。例如，DNA分子可以作為強(qiáng)大的合成積木單元用于納米材料的組裝。然而，傳統(tǒng)的方法組裝尺寸較大且復(fù)雜的DNA納米結(jié)構(gòu)需要大量的不同序列的DNA鏈，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜。大量的DNA需求量也會(huì)導(dǎo)致其準(zhǔn)備過(guò)程過(guò)長(zhǎng)。并且，在變性條件（如尿素，酶）下，以及極低濃度條件下，會(huì)伴隨著DNA結(jié)構(gòu)的解離。如何使用簡(jiǎn)便的方法合成

3、穩(wěn)定的DNA納米材料仍是亟待解決的問(wèn)題。
　　同時(shí)，核酸的穩(wěn)定性和適應(yīng)性高，并可以快速的通過(guò)商業(yè)的DNA合成儀合成。鑒于納米技術(shù)和功能核酸兩者研究取得的巨大進(jìn)步，本論文很自然地結(jié)合這兩個(gè)領(lǐng)域，創(chuàng)造新的跨學(xué)科領(lǐng)域，合成新的DNA納米結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)低成本、操作簡(jiǎn)便以及高靈敏的新型納米生物傳感技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)抗癌藥物的運(yùn)輸。
　　其主要內(nèi)容如下:
　　第2章描述了一種基于DNA酶的酶聯(lián)免疫(ELISA)法，稱為DLISA，用于代

4、替蛋白質(zhì)酶用于ELISA的檢測(cè)。這種三重?cái)U(kuò)增的DLISA平臺(tái)運(yùn)用分子信標(biāo)體系和離子交換擴(kuò)增反應(yīng)，是一種可以替代經(jīng)典ELISA的免疫測(cè)定法一般來(lái)說(shuō)，ELISA使用一種酶，通常是過(guò)氧化物酶或堿性磷酸酶，催化底物轉(zhuǎn)化成有色的或高熒光的產(chǎn)物從而進(jìn)行定量分析。傳統(tǒng)的ELISA是一種配體結(jié)合測(cè)定法，它需要在固體表面固定一個(gè)連接試劑，這個(gè)連接試劑需要使用蛋白質(zhì)酶做為生物催化劑來(lái)達(dá)到信號(hào)放大的檢測(cè)。然而，在一些苛刻的條件下，例如在高溫或重金屬離子（如汞

5、）存在時(shí)，蛋白質(zhì)酶的活性會(huì)發(fā)生不可逆的變性，導(dǎo)致ELISA在實(shí)際樣品中的應(yīng)用大大的降低。為了驗(yàn)證這個(gè)想法，人IgG同種型抗體和前列腺特異性抗原(PSA)作為模型抗原/抗體檢測(cè)體系。所提出的DLISA免疫測(cè)定方法對(duì)人類IgG檢測(cè)具有超高的靈敏度，檢測(cè)下限為2 fg/mL(3×10-17 M)，這個(gè)靈敏度相當(dāng)于在100μL體系樣品中能夠檢測(cè)到1800個(gè)分子，這種DLISA檢測(cè)方法比傳統(tǒng)的ELISA或其他報(bào)道免疫測(cè)定方法的靈敏度高很多。DNA

6、酶是源于自組合的寡核苷酸庫(kù)體外篩選分離的核酸序列。相比于蛋白質(zhì)，核酸的穩(wěn)定性和適應(yīng)性更高，并且它們可以通過(guò)市售的DNA合成儀容易的制備。此外，DNA酶的催化和裂解活性在溶液中進(jìn)行。因此，在檢測(cè)過(guò)程中，它不需要酶的固定，穩(wěn)定性能夠大大的提高。DLISA檢測(cè)平臺(tái)構(gòu)建了傳感陣列，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)物的瞬時(shí)檢測(cè)。以人IgG，兔IgG，鼠IgG作為目標(biāo)分子，都得到了滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明所提出的DLISA免疫測(cè)定法擁有多目標(biāo)檢測(cè)的能力。
　　第3

7、章基于雙鏈DNA-銅納米顆粒熒光探針，本文構(gòu)建了一種非標(biāo)記且高靈敏的生物傳感器用于核酸酶活性的檢測(cè)。當(dāng)?shù)蜐舛鹊腃u2+存在時(shí)，雙鏈DNA能為銅納米顆粒的形成提供模板，所合成的銅納米顆粒具有較高的熒光;而單鏈DNA不能進(jìn)行這個(gè)反應(yīng)。利用這一特性用于核酸酶活性的檢測(cè)。在實(shí)驗(yàn)中，以S1核酸酶為模型分析物，S1核酸酶是一種單鏈高度特異的核酸酶。當(dāng)體系中S1核酸酶存在時(shí)，核酸酶會(huì)切割DNA成為短鏈DNA或單核苷酸，因此銅納米顆粒不能形成，傳感系統(tǒng)

8、的熒光強(qiáng)度低。在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器對(duì)S1核酸酶的檢測(cè)下限為0.3 U/mL。
　　第4章在本章中，首次報(bào)道了將陽(yáng)離子聚集態(tài)的苝(PDI)作為無(wú)標(biāo)記的光譜猝滅劑。當(dāng)它聚集在DNA時(shí)，PDI能夠有效地猝滅DNA上標(biāo)記的發(fā)射波長(zhǎng)在可見(jiàn)光到近紅外范圍內(nèi)的熒光基團(tuán)的熒光，并且這種廣譜猝滅劑可通過(guò)無(wú)標(biāo)記的方式?；诰奂瘧B(tài)的苝與外切酶Ⅲ輔助的目標(biāo)循環(huán)放大相結(jié)合，本文構(gòu)建了一個(gè)后添加、靈敏檢測(cè)DNA的多目標(biāo)檢測(cè)分析平臺(tái)。這種光譜猝滅劑不影

9、響酶的活性。不論是后添加或前添加的方法法，該傳感體系獲得相同的對(duì)DNA檢測(cè)的檢測(cè)下限。此外，該傳感體系具有較好的選擇性。在均相溶液中，通過(guò)所提出的感測(cè)系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)DNA序列的分析。
　　第5章基于大自然的啟發(fā)，應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。本章中，基于滾環(huán)復(fù)制反應(yīng)(RCR)，本文提出了一種非經(jīng)典的、自組裝的DNA納米花結(jié)構(gòu)。這種DNA納米花結(jié)構(gòu)的自組裝方法只需要兩條DNA鏈，它的自組裝通過(guò)液體結(jié)晶的方式，不依賴于Watson-Cr

10、ick堿基配對(duì)，避免了傳統(tǒng)DNA結(jié)構(gòu)通過(guò)復(fù)雜設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到鏈間和鏈內(nèi)的雜交而進(jìn)行的自組裝。調(diào)節(jié)滾環(huán)復(fù)制的時(shí)間可以控制DNA納米花的尺寸從200納米到4微米間變化，不同尺寸的DNA納米花將使它的應(yīng)用更為廣泛。并且，DNA納米花能抗酶降解，在低濃度，高溫和尿素變性的條件下都能穩(wěn)定的存在。DNA納米花的高穩(wěn)定性歸因于它獨(dú)特的性質(zhì):包括長(zhǎng)鏈的、無(wú)缺口的DNA積木結(jié)構(gòu)單元，DNA的密度凝聚，大量的鏈間和鏈內(nèi)DNA結(jié)構(gòu)單元的交織。高度穩(wěn)定的DNA納米花

11、結(jié)構(gòu)能夠使它在復(fù)雜環(huán)境下廣泛的應(yīng)用，例如:臨床診斷、生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)等。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，在DNA的自組裝過(guò)程中，各種功能團(tuán)分子能夠嵌入DNA結(jié)構(gòu)中。并且所合成的DNA納米花可以進(jìn)一步用于生物熒光成像、選擇性的識(shí)別腫瘤細(xì)胞和靶向藥物傳遞等。
　　在第6章利用相似的原理，本文報(bào)導(dǎo)了一種基于滾環(huán)復(fù)制反應(yīng)合成核酸適配體修飾的熒光能量共振轉(zhuǎn)移的DNA納米花的簡(jiǎn)便方法，并且將這種DNA納米花應(yīng)用于單一波長(zhǎng)激發(fā)的多色成像和可跟蹤的藥物釋放。三

12、種熒光染料，熒光素FAM，花箐素染料Cy3和羅丹明ROX，通過(guò)化學(xué)方法修飾的脫氧核苷酸（FAM-dUTP，Cy3-dUTP和ROX-dUTP）嵌入到DNA納米花中。在滾環(huán)復(fù)制的酶促反應(yīng)中，可以改變熒光染料的比例調(diào)節(jié)熒光能量共振轉(zhuǎn)移介導(dǎo)的熒光發(fā)射。在單一波長(zhǎng)激發(fā)下，DNA納米花能夠顯示出多個(gè)熒光發(fā)射光譜。與第5章類似，DNA納米花自組裝通過(guò)DNA液體結(jié)晶的方式，不依賴于Watson-Crick堿基配對(duì)，避免了傳統(tǒng)DNA自組裝結(jié)構(gòu)需要的復(fù)雜