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本论文选择DNA和蛋白质作为主要研究对象,以原子力显微镜(AFM)为主要研究手段,结合自组装技术着重研究了DNA和蛋白质在自组装膜修饰金表面的组装及其相互作用,从而构建了DNA和蛋白质的功能化纳米结构。本论文取得的主要成果如下:
1.结合AFM纳米刻蚀和DNA与蛋白质的特异性相互作用构建多组分蛋白质阵列
用AFM电致刻蚀的方法在硫醇修饰的Au(111)上选择性移除硫醇膜,在新暴露的金基底上分别组装血小板衍生生长因子-BB(PDGF-BB)适配子与硫醇的混合自组装膜和凝血酶适配子与硫醇的混合自组装膜,通过适配子与不同蛋白质的特异性相互作用固定PDGF-BB和凝血酶,得到PDGF-BB和凝血酶的纳米阵列。
2.AFM研究单链DNA(ssDNA)在疏水自组装膜上的分形自组装
利用AFM观察到不同组装时间条件下,在十六烷基硫醇(HDT)自组装膜修饰金基底上ssDNA形成的不同自组装分形纤维结构。DNA分形纤维结构形成有两个条件,首先分形纤维只能在疏水的自组装单层膜上形成,其次ssDNA序列中要有互补的片段。这种二维自组装方法生成的DNA纤维其分形维数从1.5到1.9。
3.AFM研究4-氨基硫醇引导单链DNA键合蛋白质自组装形成各向异性纳米纤维
在4-氨基硫醇(4-ATP)引导下,在HDT修饰的金基底上实现了单链DNA键合蛋白质(SSBP)纳米纤维的构筑,原子力显微镜表征了SSBP纳米纤维的枝状结构。氨基化合物都能够引导SSBP在HDT修饰的金基底上形成纳米纤维结构,而烷基化合物和羧基化合物却不能引导其形成纤维结构。这是由于带正电的氨基和蛋白质之间的静电作用为整个自组装过程提供了驱动力。自组装形成的纤维结构二维空间的分形维数范围从1.7到1.9,组装过程与DLA分形过程相似。
4.AFM研究单链DNA(ssDNA)引导SSBP自组装形成分形纳米纤维
在ssDNA引导下,在HDT修饰的金基底上实现了SSBP纳米纤维的构筑。原子力显微镜表征了在SSBP溶液中组装不同时间形成的不同分形枝状结构。研究发现ssDNA和SSBP之间的高亲和力为整个自组装过程提供了驱动力,自组装形成的纤维结构二维空间的分形维数范围从1.7到1.9,组装过程可以用DLA分形过程解释。