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CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2017年  > 学位论文
题名:
基于DNA分子的微纳米材料的构建和应用
作者: 王建榜
学位类别: 博士
答辩日期: 2017
授予单位: 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
导师: 樊春海
关键词: DNA水凝胶 ; DNA折纸 ; DNA金属化 ; DNA计算 ; 查找表
中文摘要: 脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)是生物细胞内发挥遗传作用的分子,具有碱基互补配对的特点,两条互补的DNA单链可以通过碱基配对形成双链结构。DNA分子具有的这种特异性的识别和自组装能力,以及序列可编程性的特点,使其成为一种非常优秀的微纳米结构的构建材料,近几十年来被广泛应用到微纳米研究中。本文基于DNA分子自组装的特性,将其作为微纳米构建材料,在以下三个方向作了探索:1.设计构建了一种基于分叉型D NA链式杂交反应的生长可控型水凝胶。D NA分子有两个特点,一个特点是D NA分子具有的自组装能力,另外一个特点是DNA分子具有的序列可编程性。D NA分子通过自下而上的自组装,可以形成宏观D NA水凝胶。传统制备D NA水凝胶一般是均相杂交合成方法,对于凝胶形成过程缺乏控制。我们设计出一种分叉型D NA链式杂交反应,来可控地形成D NA水凝胶。这个反应首先需要加入引发链来触发,杂交反应被触发后可以不断级联反应下去,最后形成三维D NA网络的水凝胶。我们可以通过引发链和反应时间来控制成胶过程,并可以通过浓度来控制D NA凝胶强度。我们进一步将引发链排布在芯片表面,由引发链引发表面成胶反应,最终无需外加模具就可以构建出不同的二维D NA水凝胶图案。2.以D NA折纸为模板原位生长纳米线路图案。D NA分子的两个特点,即自组装和序列可编程性,最成功应用之一是D NA折纸术。D NA折纸是通过设计D NA链间杂交关系,利用一组D NA短链,像订书钉一样将一条长单链D NA缝合起来,自组装形成二维或者三维的D NA纳米结构。我们通过将特定位置的订书钉链序列延长,经过退火自组装形成D NA折纸后,延伸的单链伸展到折纸表面形成合成纳米线路的模板。基于设计的D NA折纸模板,我们合成了多种金属纳米线路图案和多种金属化合物纳米线路图案。通过D NA折纸的拼接,我们实现了纳米线路的集成。我们设计的合成方法的优点之一是,在成功合成出纳米线路的同时,保留了D NA折纸自身的纳米可寻址能力。3.设计了一种新的基于查找表的D NA计算模型。D NA分子间特异性的识别和自组装能力,可以被用来设计和构建复杂的逻辑关系和计算,解决一些数学问题等。我们设计一个D NA链库作为查找表,利用D NA链间特异杂交,将二元变量的相乘结果从D NA链库中筛选出来。这种基于查找表的计算模式,降低了体系的复杂度和设计难度。同时,我们采用相同的设计方案,构建出一个进行信息转化的查找表,通过D NA链匹配杂交,将计算结果D NA链信息转化成七段式数字显示信息,并最终将计算结果以数字形式显示出来。这种数字显示方式,提高了D NA计算结果的可读性。同时,这种利用D NA链进行信息转化的方式,展示了D NA分子在信息编码与解码中的巨大应用潜力。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/27553
Appears in Collections:中科院上海应用物理研究所2011-2017年_学位论文

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作者单位: 中国科学院上海应用物理研究所

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王建榜. 基于DNA分子的微纳米材料的构建和应用[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所). 2017-01-01.
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