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姓名：吴忠钰 专业：生物工程

利用 DNA 折纸术 设计纳米结构的研究. 姓名：吴忠钰 专业：生物工程. DNA 折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论. DNA 折纸术简介. 研究现状. 研究目的与意义. 软件介绍. 实验内容. 结果. 结论. DNA 折纸术（ DNA Origami ）是近几年新提出的一种 DNA 自组装方法 , 在新兴的纳米研究领域中具有广阔的应用前景。

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姓名：吴忠钰 专业：生物工程

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Presentation Transcript

  1. 利用DNA折纸术 设计纳米结构的研究 姓名：吴忠钰 专业：生物工程

  2. DNA折纸术简介 • 研究现状 • 研究目的与意义 • 软件介绍 • 实验内容 • 结果 • 结论

  3. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 DNA折纸术（DNA Origami）是近几年新提出的一种DNA自组装方法, 在新兴的纳米研究领域中具有广阔的应用前景。 折纸顾名思义，就是将一张纸折叠出我们想要的图形，而DNA折纸术就是将一条较长的DNA单链(scaffold strand ，通常用的是M13mp18)与一系列经过特殊设计的短DNA片段（staple strand）通过碱基配对原则进行互补,按照人的意愿可控地构造出理想的高度复杂的纳米结构。

  4. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 2006年，Rothemund首次创建了长方形、三角形、笑脸等折纸图形，并将这一技术命名为DNA折纸术。

  5. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 B A C 自DNA折纸术这一新名词被提出后，许多科学家也先后纷纷投入到这项研究中，成功的构造出许多二维、三维的结构或图形，并取得了瞩目的成果。

  6. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 目前科学家已经创建了各式各样的折纸图形，但折纸结构大多数是用一条噬菌体 M13mp18 DNA折叠而成的，它含有7249 个碱基，合成的结构尺寸十分有限，很大程度上限制了人们组装功能基团的多样性和复杂性。 本研究的目的就是利用DNA相关软件设计出较大规模的折纸图形，为纳米结构的扩增提供一条有效的途径,这将在纳米颗粒的有序排布、构建电子光学器件等多功能的纳米材料方面有广阔的应用前景。

  7. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 DNA相关软件 Tiamat和Cadnano是设计DNA折纸术图形结构最常用的两款热点软件，但是这两款软件也各有优缺点。 Tiamat软件 在创建DNA链的时候，软件能自动弹出一个对话窗口，可直接输入碱基总数，操作起来较为方便。 但是由于窗口的界面有限，如果结构太大，将不能呈现在视野内，只能通过缩放和来回拖放定位到某一区域。

  8. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 Tiamat的工作界面

  9. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 Cadnano软件 有honey comb lattice和square lattice两种工作模式，并且折叠链的序列可以直接选定，不用手动输入，这比Tiamat方便的多。 但是利用Cadnano设计DNA链时，长度需要拖动鼠标手动控制，不如在Tiamat软件的对话框中直接输入方便。

  10. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 蜂窝模式 Cadnano蜂窝模式工作界面

  11. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 Cadnano方阵工作界面 方阵模式

  12. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 上图是利用上述两款软件设计的DNA折纸图形，左图为Tiamat软件设计的平面网格结构，右图为Cadnano软件设计的立体图形。

  13. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 实验所用软件：Cadnano，一款常用DNA折纸结构设计软件。 scaffold strand ：M13mp18，是一种噬菌体环状单链DNA分子。 staple strand：大部分订书钉链为长32nt的DNA单链,极少数订书钉链长24nt,40nt等。每个平面单元中的订书钉链200条左右。特定的订书钉链中间含有一段特殊的发夹结构序列5’-TCCTCTTTTGAGGAACAAGTTTTCTTGT-3’此序列不与M13mp18中的任何碱基配对。

  14. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 • 实验步骤： • 将M13mp18与订书钉链进行碱基互补配对，折叠成带有榫头和榫眼的平面单元结构。 • 利用DNA折纸术的可寻址性，在特定的位点添加发夹结构序列（此序列不与折叠链M13mp18中的任何碱基发生互补配对，因此悬浮在平面结构的上方，即可在DNA折纸基板上凸显出所要设计的字母图形）。 • 将四个小的平面单元组合形成大的平面结构。周围的DNA单链互补配对可将不同的平面单元组合起来，平面单元上的榫头与榫眼结构，进一步增强了组装结构的稳定性。

  15. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 Scaffold strand Staples strands

  16. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 A1 CAGCGAAATT TTACAACCAT CGCCCACGTG CGCCGACAAT GACA A2 CTTAAACAGC TTGATACCGA TAGTCATAAC CG A3 AAAGGCCGGG TCGCTGAGGC TTGCGTGAAT TT 图7 局部放大图及其碱基序列

  17. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 字母I的位点D9,D11,D13,F11,H11,J9,J11,J13

  18. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 M的位点 E6,G6,I6,K6,F8,G9,I10,G11,F12,E14,G14,I14,K14

  19. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 字母A的位点D10,E9,E11,G8,G12,H7,H9,H11,H13,J6,J14

  20. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 字母U的位点D8,F8,H8,J8,K10,K12,D14,F14,H14,J14

  21. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论 在竖直方向上，由24条DNA双链构成，由A到N共14个字母标注，每个字母包含两条双链；水平方向上由1到18个数字标注，长约288bp。

  22. DNA折纸术简介 研究现状 研究目的与意义 软件介绍 实验内容 结果 结论

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