由于沃森-克里克碱基配对原则具有高度的特异性,1982年Seeman根据DNA的这一特性提出了纳米技术中的新领域：用核酸分子在纳米尺度下构建具有确定几何形状的结构。最近几年,基于上述理念的DNA折纸技术得到了极大的发展与广泛的应用。该技术能够在大量寡核苷酸链的辅助下,可控地将已知序列的天然长链DNA分子(例如M13mp18)折叠成具备特定形状的纳米结构。由于引入了一条长链DNA分子作为骨架,DNA折纸技术从原则上避免了传统寡核苷酸自组装技术在实验过程中可能遇到的诸多问题,不需要严格控制参与退火的寡核苷酸链之间的化学计量比,也不需要对实验使用的寡核苷酸链进行额外的纯化,并且大幅度降低了链杂交的退火时间。因此,DNA折纸技术的出现标志着科学工作者在利用DNA分子构造纳米物件方面取得了重大的突破。然而,DNA折纸技术在组装纳米结构时仍然存在一定程度的不足。为了将长链DNA分子折叠成所需要的结构,实验通常需要使用数百种不同的寡核苷酸链,这在一定程度上增加了纳米结构的设计难度与实验的繁琐程度。另一方面,而且用于构建纳米结构的DNA长链必须是已知序列的DNA长链,由于化学合成法得到的DNA链长度有限,因此DNA折纸技术所使用的长链分子通常都是从生物体中提取的天然DNA(直到最近用于此技术的DNA长链都源自M13噬菌体)。这些特点在一定程度上限制了DNA折纸技术的应用。为了简化DNA折纸技术,我们提出了用滚环扩增技术(RCA)得到的DNA长链取代天然DNA长链来制造纳米结构的新思路。RCA是一种利用特定DNA聚合酶,例如phi29DNA聚合酶,在恒温条件下根据已有的环状DNA模板产生单链DNA分子的DNA扩增技术。通过这种技术获得单链DNA分子拥有数百段首尾相连、具有相同序列的重复单元,而且每个单元的序列都与原始的环状DNA分子互补。这一特点使得滚环扩增技术在DNA自组装领域有着广泛的应用前景。在本论文中,我们详细阐述了利用RCA产物构建纳米线与纳米平面的两种新方法。具体工作如下所示：1、将RCA产物折叠成纳米线。实验中,我们使用RCA扩增获得的长链DNA分子代替常规DNA折纸技术所使用的天然DNA长链作为脚手架制作了DNA纳米线。根据Rothemund提出的DNA折纸原则,我们用不同模板滚环扩增获得的两种DNA长链设计并制作了三种不同结构的DNA纳米线。所有实验结果都用原子力显微镜(AFM)进行了观察,且AFM对三种纳米结构的测量结果均与理论吻合。这种基于RCA的新DNA折纸技术,充分利用了RCA产物的序列特点,仅仅需要数种不同的寡核苷酸链就能够将长链DNA分子按照设计折叠成目标结构,相比动辄需要数百条寡核苷酸链参与折叠的传统DNA折纸技术,有了极大的简化。另一方面,由于需要的寡核苷酸链种类减少,新技术的设计也得到了极大简化。与此同时,新方法同样继承了DNA折纸技术的许多优点,例如较短的退火过程,较高的产率,以及不需要对实验进行严格控制等等。2、将RCA产物折叠成纳米平面。为了进一步扩展RCA技术在DNA纳米技术中的应用,我们还基于RCA产物特点开发了一种新的基于RCA产物制作大尺寸DNA纳米平面的新方法。传统的DNA折纸技术由于受到长链DNA分子尺寸的限制,很难获得大尺寸的纳米结构。为了解决这个问题,我们借鉴了传统的寡核苷酸自组装技术,将多条通过RCA扩增获得的长链设计到了同一个结构中,共同作用生成了一个二维平面。由于RCA产物由不断重复的一组序列构成,因此同一组用于辅助折叠的寡核苷酸链能够在不同的设计下,将同一种RCA产物折叠成几种不同的纳米结构。基于这一特点,我们用同一组寡核苷酸链设计并制作了一种纳米线与两种纳米平面。所有试验结果都通过AFM进行了观察。实验所得到的三种结构均与理论吻合。虽然借鉴了寡核苷酸自组装技术的设计理念,但由于长链DNA分子参与了折叠过程,因此新技术仍然保留了DNA折纸技术的许多特点：例如退火时间短,不需要对实验进行严格控制。此外,我们还发现了同一套寡核苷酸链制作的三种纳米结构的转变,并且证明了这种转变是由RCA长链浓度控制的。