14、DNA纳米技术：从结构构建到分子机器应用

DNA纳米技术：从结构构建到分子机器应用

1. DNA折纸技术概述

DNA折纸技术是一种强大的纳米技术，它能够将长的单链DNA（支架链）通过短的单链DNA（ staple链）折叠成预定的二维或三维结构。计算机辅助设计软件caDNAno的出现，极大地推动了DNA折纸结构的设计和构建。通过透射电子显微镜（TEM），可以常规地确认DNA折纸的三维结构。

由于在形成的DNA折纸结构的每个位置使用不同的staple DNA链，因此可以将功能化分子放置在DNA纳米结构中的所需位置。各种生物分子、功能分子和纳米材料可以连接到合成的DNA链上，从而以位置特异性的方式将这些分子和材料放置到DNA纳米结构中，创造新的功能。

此外，还开发了一种使用高速原子力显微镜（AFM）直接观察酶的行为和DNA结构变化的方法，并通过将底物DNA链固定在DNA折纸上控制反应。在DNA折纸结构构建的纳米级空间中，可以对分子进行各种操作。利用这种方法，可以使用高速AFM直接可视化定义的DNA折纸纳米结构中生物分子和合成分子的运动，从而在单分子水平上表征目标分子的特性。

2. DNA折纸表面移动DNA纳米机器的直接观察

2.1 DNA纳米结构上的DNA分子机器

• B - Z转变驱动的往复运动 ：利用双链DNA（dsDNA）的B - Z转变（dsDNA构象从右手螺旋（B - 型）变为左手螺旋（Z - 型）），观察到了DNA纳米结构的往复运动。
• PX - JX2装置 ：开发了一种可以在两个相邻dsDNA末端旋转180°的分子机器，称为PX - JX2