DNA纳米结构的自组装及拓扑结构的表征(2)
1 绪论
DNA是生物遗传信息的载体，在生物体遗传信息的横向和纵向传递中起着至关重要的作用。碱基互补配对不仅保证了遗传信息传递的忠实性，而且使DNA可以形成的诸多二级结构如发夹结构、核酸酶以及高级结构超螺旋结构，以实现多种功能，如识别、催化等等。[1]从另一方面来说，由于PCR技术的普及和进步，DNA的合成成本不断降低；β-DNA双链的直径在2nm，碱基之间的距离是0.34nm。由此可见，DNA分子作为纳米材料具有极大的潜力。DNA作为纳米材料有许多独特的优点。一定长度的DNA（单链或双链）大小基本一致，而不像其它纳米材料，不易制得统一的规格。DNA可以被受体识别，并且受碱基互补配对原则约束，所以DNA具有良好的可寻址性。而且作为生物体内源性的材料，DNA还具有良好的生物相容性。[1]此外DNA具有良好的水溶性。所以，DNA可以很好的用于医疗和研究。
自20世纪80年代起，Nadrian Seeman教授开创了DNA纳米技术这个新的领域。[1]在DNA纳米技术（DNA nanotechnology）这个概念刚刚提出时，人们并未对此给出应有的关注。在Seeman教授及其团队的努力下，随着越来越多的DNA结构被设计、建立起来，DNA纳米技术从20世纪90年代起逐渐成为炙手可热的领域。[2]1998年，tile自组装技术被建立起来。Tile自组装技术是利用各种设计好的DNA“小元件”（tile）来“堆砌”出想要的DNA结构。2006年，Rothemund等建立了DNA折纸术（DNA orgami）。所谓DNA折纸术（如图1.1），就是将设计好的长链DNA单链用不同的短链DNA单链通过碱基互补配对来折叠起来，形成各种各样的DNA图形或三文结构，就像用针线把布匹缝成衣服。[3]
DNA纳米技术发展至今已经有了令人瞩目的成就，Jiang Li等用DNA纳米四面体结构连接特定的序列，它可以顺利进入免疫细胞中，稳定存在并在一定时间内产生持续的免疫刺激，分泌出多种细胞因子如白细胞介素、促炎性细胞因子、肿瘤坏死因子等。[4]Qiao Jiang等用DNA折纸术设计了几种DNA结构，然后通过这些DNA结构携带阿霉素（一种抗癌药物）顺利进入乳腺癌细胞以逆转细胞的抗药性。[5]Shawn M. Douglas等用DNA折纸术设计了一个优尔面体的机器人，它内部可以携带一些材料如蛋白质，可以通过一些刺激来实现逻辑运算，从而决定门的开合。[6]
因此我们计划用离子淌度质谱结合原子力显微镜来测定其拓扑结构。离子淌度（Ion Mobility，IM）技术是将离子在弱电场牵引下通过充满惰性气体的飘移室，离子受电场加速的作用向前运动，运动中同时与缓冲气体分子发生碰撞产生阻力使速度降低，不同形状和构象的离子因为通过飘移室所需的时间不同而得到分离，并记录它们的迁移时间分布。淌度实验测定的离子迁移时间可以转换成它们的碰撞横截面积（Collision Cross Section，CCS）。[7]CCS是离子三文空间构象的一个特征性参数。[8]将实验获得的CCS与结构数据（如EM，NMR或X-衍射晶体结构）相比较[9]，我们可获得离子气相进程的重要信息。例如，去折叠介导的CID机制最近首次被离子淌度实验证实，通过对甲状腺素运载蛋白四聚体（Transthyretin）气相构象的监测，观察到随着在气相中不断经历碰撞，四聚体的碰撞横截面积开始变化，显现出正偏离于天然状态的多个构象。