●第一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
1.2DNA分子的化學與生物學15
1.2.1DNA的微觀結構16
1.2.2DNA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
1.3.2DNA作為納米建築材料的背景28
1.3.3基於DNA納米磚片的自組裝29
1.3.4DNA折紙術36
1.3.5基於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
2.1DNA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基於DNA自組裝的納米結構60
2.2.2DNA納米排布65
2.2.3DNA納米機器人67
2.2.4DNA構造納米圖形展望68
參考文獻70
2.3RNA納米技術76
2.3.1RNA的與自組裝：RNA建築學77
2.3.2單鏈RNA的折疊：RNA折紙術79
2.3.3RNA-DNA協同共組裝：優勢互補82
2.3.4RNA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像的空間調控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
3.1.1DNA生物傳感器106
3.1.2DNA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
3.2.2DNA邏輯門117
3.2.3DNA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鏈置換反應驅動的DNA馬達127
3.3.2環境因素驅動的DNA馬達133
3.3.3兩類驅動方式的評價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
4.1.3DNA自組裝引導的納米粒子二維結構151
4.1.4DNA自組裝引導的納米粒子三維結構154
4.1.5DNA自組裝與微加工技術156
4.1.6挑戰與展望157
參考文獻157
4.2DNA納米自組裝化學161
4.2.1DNA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使用最少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納米結構在生物醫學中的應用208
4.3.5總結與展望209
參考文獻210
4.4DNA-表面活性劑雜化納米結構材料：自組裝性質及應用213
4.4.1DNA-表面活性劑和DNA-脂質復合物溶致液晶214
4.4.2DNA-表面活性劑復合物熱致液晶217
4.4.3DNA-表面活性劑復合物膜材料218
4.4.4DNA-表面活性劑復合物的應用219
4.4.5展望221
參考文獻222
4.5DNA編碼的化學材料合成技術226
4.5.1DNA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
4.6DNA引導的納米粒子超晶格的組裝251
4.6.1基於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
4.6.3DNA-NP體繫共結晶256
4.6.4動態超晶格258
4.6.5基於DNA-NP的多面體微晶260
4.6.6“最復雜”的超晶格261
4.6.7DNA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基於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基於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——催化發夾結構自組裝及其分析應用325
5.3.1CHA的原理和改良326
5.3.2高溫CHA和全溫區CHA330
5.3.3CHA的萬能傳導332
5.3.4CHA與超靈敏分析333
5.3.5總結與展望336
參考文獻336
5.4基於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核酸適配體用於癌細胞的檢測342
5.4.3基於核酸適配體的癌癥標志物發現346
5.4.4核酸適配體用於癌癥的靶向診療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
6.1DNA分子手術382
6.1.1DNA“分子手術”的基本工具及前期技術背景382
6.1.2DNA“分子手術臺”和“手術刀”383
6.1.3DNA“分子手術”的若干基本操作384
6.1.4DNA“分子手術”的後處理技術386
6.1.5DNA“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
6.2DNA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
7.1DNA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
7.1.4DNA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
7.2DNA水凝膠：從合成到應用427
7.2.1前言427
7.2.2DNA水凝膠的合成策略428
7.2.3DNA水凝膠的刺激響應431
7.2.4復合雜化DNA水凝膠440
7.2.5DNA水凝膠的應用443
7.2.6存在的問題和展望454
參考文獻455
7.3DNA納米技術與藥物遞送459
7.3.1DNA納米技術460
7.3.2DNA納米結構進入細胞的方式465
7.3.3DNA納米結構在細胞中的去路467
7.3.4DNA納米結構作為藥物遞送載體的具體應用469
7.3.5DNA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
7.4DNA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納米遞送體繫497
7.4.3藥物嵌入型DNA納米遞送體繫500
7.4.4藥物封裝型DNA納米遞送體繫505
7.4.5總結與展望509
參考文獻509
7.5DNA自組裝與納米光子學515
7.5.1引言515
7.5.2DNA自組裝表面等離子體納米結構的制備516
7.5.3DNA自組裝納米光子學結構的雜化理論520
7.5.4DNA結構指導表面等離子體納米結構手性調控523
7.5.5DNA結構指導表面增強拉曼散射研究528
7.5.6DNA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
8.1.1DNA納米結構540
8.1.2DNA等溫復制機器546
8.1.3金屬離子依賴型核酸酶實現DNA邏輯計算550
8.1.4總結與展望551
參考文獻552
8.2DNA分子機器——從運動到功能554
8.2.1基於鏈置換反應的DNA分子機器554
8.2.2基於環境因素改變的DNA分子機器560
8.2.3DNA分子機器的功能化表現564
8.2.4總結與展望568
參考文獻568
8.3會玩遊戲的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可以玩遊戲的DNA——MAYA自動裝置575
8.3.3DNA計算機領域相關的研究進展581
8.3.4DNA計算機領域未來展望583
參考文獻584
8.4基於分子電路的DNA計算585
8.4.1引言585
8.4.2基於鏈置換級聯效應的DNA電路586
8.4.3基於鏈置換催化反應的DNA電路588
8.4.4基於核酶的DNA電路590
8.4.5基於納米自組裝的DNA電路593
8.4.6展望596
參考文獻597
8.5哺乳動物細胞內核酸分子計算機600
8.5.1哺乳動物細胞內核酸分子計算機的開發與研究601
8.5.2哺乳動物細胞內核酸分子計算機使能技術的發展604
8.5.3哺乳動物細胞內核酸分子計算機的生物技術應用607
8.5.4挑戰與展望609
參考文獻609

核酸納米技術是一種多學科交叉的研究領域，主要利用核酸分子（DNA和RNA)尺寸為納米級別、剛性結構、編碼性強的特點來構造各種納米結構，應用於生物醫學、化學、材料等領域。本書著重介紹核酸納米技術中最為引人注目的幾個主要方向，即核酸納米結構組裝、核酸傳感與檢測、核酸納米操縱、核酸納米結構應用以及DNA分子機器與計算機。本書分為兩大部分，"核酸納米技術基礎"部分主要對本領域的現狀和發展趨勢進行科普性的介紹，適合本科生閱讀；"核酸納米技術進階"部分則邀請國內外相關領域的知名學者共同撰寫，希望為有志於從事納米生物學研究的研究生和科研人員提供幫助與指引。