目錄
篇 核酸納米技術(shù)基礎(chǔ)
第1章 核酸納米技術(shù)的基本概念 3
1.1 納米技術(shù)引論 3
1.1.1 納米科技發(fā)展簡史 5
1.1.2 納米領(lǐng)域的眼睛和手 6
1.1.3 納米領(lǐng)域的磚瓦 7
參考文獻(xiàn) 13
1.2 DNA分子的化學(xué)與生物學(xué) 15
1.2.1 DNA的微觀結(jié)構(gòu) 16
1.2.2 DNA的分子操作 19
參考文獻(xiàn) 23
1.3 結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)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(shù) 36
1.3.5 基于DNA折紙結(jié)構(gòu)的層級自組裝形成的超大結(jié)構(gòu) 41
1.3.6 總結(jié)與展望 43
參考文獻(xiàn) 43
第2章 核酸納米技術(shù)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(fù)合物的成像 47
2.1.2 單分子納米操縱 53
參考文獻(xiàn) 59
2.2 自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建策略 60
2.2.1 基于DNA自組裝的納米結(jié)構(gòu) 60
2.2.2 DNA納米排布 65
2.2.3 DNA納米機(jī)器人 67
2.2.4 DNA構(gòu)造納米圖形展望 68
參考文獻(xiàn) 70
2.3 RNA納米技術(shù) 76
2.3.1 RNA的構(gòu)筑基元與自組裝：RNA建筑學(xué) 77
2.3.2 單鏈RNA的折疊：RNA折紙術(shù) 79
2.3.3 RNA-DNA協(xié)同共組裝：優(yōu)勢互補(bǔ) 82
2.3.4 RNA納米技術(shù)的應(yīng)用：從結(jié)構(gòu)到功能 83
參考文獻(xiàn) 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(shè)計：DNA折紙術(shù)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(yīng)用 93
2.4.6 總結(jié)和前景 97
參考文獻(xiàn) 98
第3章 核酸納米技術(shù)的應(yīng)用 106
3.1 可以感知的DNA納米技術(shù)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(xiàn) 115
3.2 可以計算的DNA納米技術(shù)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(jié)與展望 125
參考文獻(xiàn) 125
3.3 可以運動的DNA納米技術(shù)DNA分子機(jī)器 127
3.3.1 鏈置換反應(yīng)驅(qū)動的DNA馬達(dá) 127
3.3.2 環(huán)境因素驅(qū)動的DNA馬達(dá) 133
3.3.3 兩類驅(qū)動方式的評價 138
參考文獻(xiàn) 139
第二篇 核酸納米技術(shù)進(jìn)階
第4章 核酸納米結(jié)構(gòu)自組裝 143
4.1 結(jié)構(gòu)DNA納米技術(shù)研究進(jìn)展 143
4.1.1 二維DNA結(jié)構(gòu) 144
4.1.2 三維DNA結(jié)構(gòu) 146
4.1.3 DNA自組裝引導(dǎo)的納米粒子二維結(jié)構(gòu) 151
4.1.4 DNA自組裝引導(dǎo)的納米粒子三維結(jié)構(gòu) 154
4.1.5 DNA自組裝與微加工技術(shù) 156
4.1.6 挑戰(zhàn)與展望 157
參考文獻(xiàn) 157
4.2 DNA納米自組裝化學(xué) 161
4.2.1 DNA模塊自組裝 163
4.2.2 無機(jī)納米結(jié)構(gòu)的DNA導(dǎo)向組裝 173
4.2.3 展望 191
參考文獻(xiàn) 192
4.3 使用少DNA鏈構(gòu)建DNA納米結(jié)構(gòu)的策略 202
4.3.1 序列對稱性 203
4.3.2 通過一條DNA鏈構(gòu)建DNA納米結(jié)構(gòu) 204
4.3.3 結(jié)構(gòu)對稱性 207
4.3.4 對稱性DNA納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 208
4.3.5 總結(jié)與展望 209
參考文獻(xiàn) 210
4.4 DNA-表面活性劑雜化納米結(jié)構(gòu)材料：自組裝性質(zhì)及應(yīng)用 213
4.4.1 DNA-表面活性劑和DNA-脂質(zhì)復(fù)合物溶致液晶 214
4.4.2 DNA-表面活性劑復(fù)合物熱致液晶 217
4.4.3 DNA-表面活性劑復(fù)合物膜材料 218
4.4.4 DNA-表面活性劑復(fù)合物的應(yīng)用 219
4.4.5 展望 221
參考文獻(xiàn) 222
4.5 DNA編碼的化學(xué)材料合成技術(shù) 226
4.5.1 DNA序列編碼的高分子合成 226
4.5.2 以DNA納米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為模板的無機(jī)納米顆粒合成 238
4.5.4 總結(jié)與展望 245
參考文獻(xiàn) 245
4.6 DNA引導(dǎo)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(jī)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(jié)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(fù)雜的超晶格 261
4.6.7 DNA折紙結(jié)構(gòu)引導(dǎo)納米粒子組裝 261
4.6.8 展望 263
參考文獻(xiàn) 264
第5章 核酸傳感與檢測 267
5.1 核酸生物傳感器研究進(jìn)展 267
5.1.1 前言 267
5.1.2 傳感方法 269
5.1.3 總結(jié)與展望 290
參考文獻(xiàn) 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(jié)構(gòu)和性質(zhì) 305
5.2.2 水溶性共軛聚合物的光學(xué)特性和傳感機(jī)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(jié)與展望 320
參考文獻(xiàn) 320
5.3 核酸分子線路催化發(fā)夾結(jié)構(gòu)自組裝及其分析應(yīng)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(dǎo) 332
5.3.4 CHA與超靈敏分析 333
5.3.5 總結(jié)與展望 336
參考文獻(xiàn) 336
5.4 基于細(xì)胞篩選的核酸適配體技術(shù)在癌癥診斷和治療中的應(yīng)用 339
5.4.1 以活細(xì)胞為靶標(biāo)的核酸適配體篩選技術(shù) 340
5.4.2 核酸適配體用于癌細(xì)胞的檢測 342
5.4.3 基于核酸適配體的癌癥標(biāo)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(jié)與展望 354
參考文獻(xiàn) 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(jié)與展望 377
參考文獻(xiàn) 378
第6章 核酸納米操縱 382
6.1 DNA分子手術(shù) 382
6.1.1 DNA分子手術(shù)的基本工具及前期技術(shù)背景 382
6.1.2 DNA分子手術(shù)臺和手術(shù)刀 383
6.1.3 DNA分子手術(shù)的若干基本操作 384
6.1.4 DNA分子手術(shù)的后處理技術(shù) 386
6.1.5 DNA分子手術(shù)當(dāng)前面臨的主要問題 387
6.1.6 展望 388
參考文獻(xiàn) 388
6.2 DNA的單分子力學(xué) 389
6.2.1 單分子力學(xué)實驗技術(shù) 390
6.2.2 雙鏈DNA的單分子力學(xué) 392
6.2.3 單鏈DNA的單分子力學(xué) 399
6.2.4 雙鏈DNA與單鏈DNA之間的轉(zhuǎn)變及其力譜特征 403
6.2.5 小結(jié) 407
參考文獻(xiàn) 407
第7章 核酸納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用 411
7.1 DNA納米技術(shù)與生物成像 411
7.1.1 生物大分子功能機(jī)制的研究 411
7.1.2 細(xì)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(yīng)用 418
7.1.4 DNA納米技術(shù)和熒光超分辨成像 420
7.1.5 總結(jié)與展望 423
參考文獻(xiàn) 424
7.2 DNA水凝膠：從合成到應(yīng)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(yīng) 431
7.2.4 復(fù)合雜化DNA水凝膠 440
7.2.5 DNA水凝膠的應(yīng)用 443
7.2.6 存在的問題和展望 454
參考文獻(xiàn) 455
7.3 DNA納米技術(shù)與藥物遞送 459
7.3.1 DNA納米技術(shù) 460
7.3.2 DNA納米結(jié)構(gòu)進(jìn)入細(xì)胞的方式 465
7.3.3 DNA納米結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中的去路 467
7.3.4 DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物遞送載體的具體應(yīng)用 469
7.3.5 DNA納米結(jié)構(gòu)可能引起機(jī)體的免疫反應(yīng) 484
7.3.6 結(jié)語 485
參考文獻(xiàn) 486
7.4 DNA納米技術(shù)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(jié)與展望 509
參考文獻(xiàn) 509
7.5 DNA自組裝與納米光子學(xué) 515
7.5.1 引言 515
7.5.2 DNA自組裝表面等離子體納米結(jié)構(gòu)的制備 516
7.5.3 DNA自組裝納米光子學(xué)結(jié)構(gòu)的雜化理論 520
7.5.4 DNA結(jié)構(gòu)指導(dǎo)表面等離子體納米結(jié)構(gòu)手性調(diào)控 523
7.5.5 DNA結(jié)構(gòu)指導(dǎo)表面增強(qiáng)拉曼散射研究 528
7.5.6 DNA結(jié)構(gòu)指導(dǎo)增強(qiáng)熒光研究 530
7.5.7 總結(jié)與展望 532
參考文獻(xiàn) 533
第8章 核酸分子機(jī)器與計算機(jī) 540
8.1 從DNA自組裝到DNA分子機(jī)器 540
8.1.1 DNA納米結(jié)構(gòu) 540
8.1.2 DNA等溫復(fù)制機(jī)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(jié)與展望 551
參考文獻(xiàn) 552
8.2 DNA分子機(jī)器從運動到功能 554
8.2.1 基于鏈置換反應(yīng)的DNA分子機(jī)器 554
8.2.2 基于環(huán)境因素改變的DNA分子機(jī)器 560
8.2.3 DNA分子機(jī)器的功能化表現(xiàn) 564
8.2.4 總結(jié)與展望 568
參考文獻(xiàn) 568
8.3 會玩游戲的DNA計算機(jī) 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(jī)領(lǐng)域相關(guān)的研究進(jìn)展 581
8.3.4 DNA計算機(jī)領(lǐng)域未來展望 583
參考文獻(xiàn) 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(yīng)的DNA電路 586
8.4.3 基于鏈置換催化反應(yīng)的DNA電路 588
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