目錄
篇 核酸納米技術基礎
第1章 核酸納米技術的基本概念 3
1.1 納米技術引論 3
1.1.1 納米科技發(fā)展簡史 5
1.1.2 納米領域的眼睛和手 6
1.1.3 納米領域的磚瓦 7
參考文獻 13
1.2 DNA分子的化學與生物學 15
1.2.1 DNA的微觀結構 16
1.2.2 DNA的分子操作 19
參考文獻 23
1.3 結構DNA納米技術簡史 27
1.3.1 納米尺度下分子自組裝的研究意義 27
1.3.2 DNA作為納米建筑材料的背景 28
1.3.3 基于DNA納米磚片的自組裝 29
1.3.4 DNA折紙術 36
1.3.5 基于DNA折紙結構的層級自組裝形成的超大結構 41
1.3.6 總結與展望 43
參考文獻 43
第2章 核酸納米技術的工具與策略 47
2.1 DNA分子的成像和納米操縱 47
2.1.1 單個DNA分子及其復合物的成像 47
2.1.2 單分子納米操縱 53
參考文獻 59
2.2 自組裝DNA納米結構的構建策略 60
2.2.1 基于DNA自組裝的納米結構 60
2.2.2 DNA納米排布 65
2.2.3 DNA納米機器人 67
2.2.4 DNA構造納米圖形展望 68
參考文獻 70
2.3 RNA納米技術 76
2.3.1 RNA的構筑基元與自組裝：RNA建筑學 77
2.3.2 單鏈RNA的折疊：RNA折紙術 79
2.3.3 RNA-DNA協(xié)同共組裝：優(yōu)勢互補 82
2.3.4 RNA納米技術的應用：從結構到功能 83
參考文獻 84
2.4 框架核酸的概念和發(fā)展 86
2.4.1 簡介 86
2.4.2 框架核酸的概念 86
2.4.3 框架核酸的設計：DNA折紙術及其軟件 89
2.4.4 框架核酸對納米級研究對象的空間調(diào)控 91
2.4.5 框架核酸的生物應用 93
2.4.6 總結和前景 97
參考文獻 98
第3章 核酸納米技術的應用 106
3.1 可以感知的DNA納米技術DNA生物傳感器與基因芯片 106
3.1.1 DNA生物傳感器 106
3.1.2 DNA芯片 110
3.1.3 微流控芯片 111
參考文獻 115
3.2 可以計算的DNA納米技術DNA邏輯門與DNA計算 116
3.2.1 分子邏輯門 116
3.2.2 DNA邏輯門 117
3.2.3 DNA計算 121
3.2.4 總結與展望 125
參考文獻 125
3.3 可以運動的DNA納米技術DNA分子機器 127
3.3.1 鏈置換反應驅(qū)動的DNA馬達 127
3.3.2 環(huán)境因素驅(qū)動的DNA馬達 133
3.3.3 兩類驅(qū)動方式的評價 138
參考文獻 139
第二篇 核酸納米技術進階
第4章 核酸納米結構自組裝 143
4.1 結構DNA納米技術研究進展 143
4.1.1 二維DNA結構 144
4.1.2 三維DNA結構 146
4.1.3 DNA自組裝引導的納米粒子二維結構 151
4.1.4 DNA自組裝引導的納米粒子三維結構 154
4.1.5 DNA自組裝與微加工技術 156
4.1.6 挑戰(zhàn)與展望 157
參考文獻 157
4.2 DNA納米自組裝化學 161
4.2.1 DNA模塊自組裝 163
4.2.2 無機納米結構的DNA導向組裝 173
4.2.3 展望 191
參考文獻 192
4.3 使用少DNA鏈構建DNA納米結構的策略 202
4.3.1 序列對稱性 203
4.3.2 通過一條DNA鏈構建DNA納米結構 204
4.3.3 結構對稱性 207
4.3.4 對稱性DNA納米結構在生物醫(yī)學中的應用 208
4.3.5 總結與展望 209
參考文獻 210
4.4 DNA-表面活性劑雜化納米結構材料：自組裝性質(zhì)及應用 213
4.4.1 DNA-表面活性劑和DNA-脂質(zhì)復合物溶致液晶 214
4.4.2 DNA-表面活性劑復合物熱致液晶 217
4.4.3 DNA-表面活性劑復合物膜材料 218
4.4.4 DNA-表面活性劑復合物的應用 219
4.4.5 展望 221
參考文獻 222
4.5 DNA編碼的化學材料合成技術 226
4.5.1 DNA序列編碼的高分子合成 226
4.5.2 以DNA納米結構為模板的高分子納米材料合成及其功能 230
4.5.3 以DNA納米結構為模板的無機納米顆粒合成 238
4.5.4 總結與展望 245
參考文獻 245
4.6 DNA引導的納米粒子超晶格的組裝 251
4.6.1 基于DNA-球形金納米粒子的超晶格 251
4.6.2 非典型無機納米粒子的三維有序組裝 255
4.6.3 異質(zhì)二元DNA-NP體系共結晶 256
4.6.4 動態(tài)超晶格 258
4.6.5 基于DNA-NP的多面體微晶 260
4.6.6復雜的超晶格 261
4.6.7 DNA折紙結構引導納米粒子組裝 261
4.6.8 展望 263
參考文獻 264
第5章 核酸傳感與檢測 267
5.1 核酸生物傳感器研究進展 267
5.1.1 前言 267
5.1.2 傳感方法 269
5.1.3 總結與展望 290
參考文獻 291
5.2 基于水溶性共軛聚合物的核酸分子檢測 304
5.2.1 水溶性共軛聚合物結構和性質(zhì) 305
5.2.2 水溶性共軛聚合物的光學特性和傳感機制 306
5.2.3 基于共軛聚合物的核酸生物傳感器 308
5.2.4 總結與展望 320
參考文獻 320
5.3 核酸分子線路催化發(fā)夾結構自組裝及其分析應用 325
5.3.1 CHA的原理和改良 326
5.3.2 高溫CHA和全溫區(qū)CHA 330
5.3.3 CHA的傳導 332
5.3.4 CHA與超靈敏分析 333
5.3.5 總結與展望 336
參考文獻 336
5.4 基于細胞篩選的核酸適配體技術在癌癥診斷和治療中的應用 339
5.4.1 以活細胞為靶標的核酸適配體篩選技術 340
5.4.2 核酸適配體用于癌細胞的檢測 342
5.4.3 基于核酸適配體的癌癥標志物發(fā)現(xiàn) 346
5.4.4 核酸適配體用于癌癥的靶向診療 348
5.4.5 總結與展望 354
參考文獻 355
5.5 核酸適配體和核酶生物傳感器 360
5.5.1 核酸適配體和核酶 360
5.5.2 核酸適配體生物傳感器 363
5.5.3 核酶生物傳感器 371
5.5.4 總結與展望 377
參考文獻 378
第6章 核酸納米操縱 382
6.1 DNA分子手術 382
6.1.1 DNA分子手術的基本工具及前期技術背景 382
6.1.2 DNA分子手術臺和手術刀 383
6.1.3 DNA分子手術的若干基本操作 384
6.1.4 DNA分子手術的后處理技術 386
6.1.5 DNA分子手術當前面臨的主要問題 387
6.1.6 展望 388
參考文獻 388
6.2 DNA的單分子力學 389
6.2.1 單分子力學實驗技術 390
6.2.2 雙鏈DNA的單分子力學 392
6.2.3 單鏈DNA的單分子力學 399
6.2.4 雙鏈DNA與單鏈DNA之間的轉變及其力譜特征 403
6.2.5 小結 407
參考文獻 407
第7章 核酸納米結構應用 411
7.1 DNA納米技術與生物成像 411
7.1.1 生物大分子功能機制的研究 411
7.1.2 細胞水平的組織功能的研究 416
7.1.3 動物水平的生物成像應用 418
7.1.4 DNA納米技術和熒光超分辨成像 420
7.1.5 總結與展望 423
參考文獻 424
7.2 DNA水凝膠：從合成到應用 427
7.2.1 前言 427
7.2.2 DNA水凝膠的合成策略 428
7.2.3 DNA水凝膠的刺激響應 431
7.2.4 復合雜化DNA水凝膠 440
7.2.5 DNA水凝膠的應用 443
7.2.6 存在的問題和展望 454
參考文獻 455
7.3 DNA納米技術與藥物遞送 459
7.3.1 DNA納米技術 460
7.3.2 DNA納米結構進入細胞的方式 465
7.3.3 DNA納米結構在細胞中的去路 467
7.3.4 DNA納米結構作為藥物遞送載體的具體應用 469
7.3.5 DNA納米結構可能引起機體的免疫反應 484
7.3.6 結語 485
參考文獻 486
7.4 DNA納米技術遞送小分子化療藥物 496
7.4.1 前言 496
7.4.2 藥物共價修飾型DNA納米遞送體系 497
7.4.3 藥物嵌入型DNA納米遞送體系 500
7.4.4 藥物封裝型DNA納米遞送體系 505
7.4.5 總結與展望 509
參考文獻 509
7.5 DNA自組裝與納米光子學 515
7.5.1 引言 515
7.5.2 DNA自組裝表面等離子體納米結構的制備 516
7.5.3 DNA自組裝納米光子學結構的雜化理論 520
7.5.4 DNA結構指導表面等離子體納米結構手性調(diào)控 523
7.5.5 DNA結構指導表面增強拉曼散射研究 528
7.5.6 DNA結構指導增強熒光研究 530
7.5.7 總結與展望 532
參考文獻 533
第8章 核酸分子機器與計算機 540
8.1 從DNA自組裝到DNA分子機器 540
8.1.1 DNA納米結構 540
8.1.2 DNA等溫復制機器 546
8.1.3 金屬離子依賴型核酸酶實現(xiàn)DNA邏輯計算 550
8.1.4 總結與展望 551
參考文獻 552
8.2 DNA分子機器從運動到功能 554
8.2.1 基于鏈置換反應的DNA分子機器 554
8.2.2 基于環(huán)境因素改變的DNA分子機器 560
8.2.3 DNA分子機器的功能化表現(xiàn) 564
8.2.4 總結與展望 568
參考文獻 568
8.3 會玩游戲的DNA計算機 573
8.3.1 從脫氧核酶邏輯門到可編程的自動裝置 574
8.3.2 可以玩游戲的DNAMAYA自動裝置 575
8.3.3 DNA計算機領域相關的研究進展 581
8.3.4 DNA計算機領域未來展望 583
參考文獻 584
8.4 基于分子電路的DNA計算 585
8.4.1 引言 585
8.4.2 基于鏈置換級聯(lián)效應的DNA電路 586
8.4.3 基于鏈置換催化反應的DNA電路 588
8