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众所周知,DNA是生物系统中储存和传递遗传信息的重要分子,因其具有双螺旋结构且始终遵循碱基互补配对原则,且具备生物相容性、可编程性和可寻址性等特性,DNA被认为是纳米技术领域理想且功能丰富的纳米材料。自美国纽约大学Seeman教授于1982年第一次提出利用DNA模块构建有序的结构开始,DNA纳米技术的时代正式来临。随着DNA纳米技术的进一步发展,DNA折纸技术（DNA Origami）、DNA单链分子瓦（Single-Stranded Tiles,SSTs）等DNA纳米自组装技术愈发成熟,自组装得到的纳米结构的尺寸、功能以及基元结构的种类都在不断扩大和丰富。从纳米量级到微米量级、甚至到三维晶体的毫米量级,从一维纳米线、二维纳米平面到三维纳米结构,复杂的DNA纳米结构设计更加容易,应用范围亦更加广泛,药物运载、生物传感、生物计算机、逻辑计算等领域均为其用武之地。在DNA纳米自组装技术中,使用的DNA链多为线性DNA,而首尾相连的小环DNA因其具有特殊的生物学和拓扑学性质而备受关注。若利用小环DNA分子构建DNA纳米结构,这将进一步提升DNA纳米技术对自组装结构形状的控制能力并扩展DNA纳米结构的应用范围。本论文中,我们以84nt和64nt的小环DNA（circular DNA of 84 nucleotides,简称c84nt DNA;circular DNA of 64 nucleotides,简称c64nt DNA）为基元构建不同的分子瓦自组装成二维和三维纳米结构,并对其左右螺旋构象转变的影响因素进行探索。在线性DNA纳米结构中,霍利迪结（Holliday Junction,HJ）对增强纳米结构的刚性起到了至关重要的作用,于是我们将HJ应用到c84nt和c64nt小环DNA中,增强其结构的刚性,分别得到84HJ（84:c84nt,HJ:Holliday Junction）和64HJ分子瓦。在c84nt DNA中,我们将84HJ分子瓦的小环两侧分别留出10nt与10nt的辅助短链互补配对,得到84t HJ（t:triangle）分子瓦,该分子瓦通过构建三臂结（Three-way junction,简称TX）和双螺旋臂与其它相邻分子瓦连接。在c64nt DNA中,我们在64HJ分子瓦的两侧构建HJ和双螺旋臂与其它相邻分子瓦连接。首先,我们开展了小环DNA分子瓦构建纳米管的研究。基于84t HJ和84t HJ-3T分子瓦构建层交叉分子瓦（Layered-crossover Tiles,简称LX Tiles）,将其命名为84LXn（84:c84nt,LX:Layered-crossover,n:LX所在的碱基位置）分子瓦,探索位点及分子瓦内在性质的调整对组装纳米管的影响。这里,84t HJ-3T分子瓦是指84t HJ分子瓦中小环DNA的四个角分别插入三个胸腺嘧啶（TTT）;本论文中用于构建纳米管的LX,主要分为四大类别,分别被称为84LXn-S（84:c84nt,LX:Layered-crossover,n:位点,S:Sticky ends）,84LXn-3T-S（84:c84nt,LX:Layered-crossover,n:位点,3T:插入的TTT碱基,S:Sticky ends）,84LXDn-A（84:c84nt,LX:Layered-crossover,D:Diagonal,n:位点,A:Adjacent）和84LXDn-I（84:c84nt,LX:Layered-crossover,D:Diagonal,n:位点,I:Interval）分子瓦。接着,我们探索利用c84nt和c64nt DNA组装的分子瓦构建二维和三维纳米结构,本文中涉及单层、双层以及三层纳米结构的自组装。在单层纳米结构自组装的研究中,我们设计将三个84t HJ分子瓦通过21nt序列组装成三角星分子瓦,称为three 84t HJ分子瓦,探索利用平末端堆积和粘性末端的互补配对设计不同的连接方式使其组装成以六边形为单元格的平面结构;在双层纳米结构自组装的研究中,我们以84LXn分子瓦为基元探索3至16位点双层分子瓦的稳定性及其平末端堆积作用,通过原子力显微镜表征组装成的纳米结构;在三层纳米结构自组装的研究中,我们使用两个64LX8分子瓦通过21nt序列连接在一起构建two 64LX8分子瓦,该分子瓦用于组装有限宽度的纳米结构,通过构建有限宽度的纳米结构我们对64LX8分子瓦的认识加深。最后,基于逻辑推理,c64nt DNA构建的三维纳米结构中存在右手螺旋DNA转变为左手螺旋DNA的可能性,因此我们以64LX8分子瓦为基元设计了一系列I型分子瓦,探索结构中插入特殊序列、增加阳离子浓度、以及改变样品溶液所处环境温度等因素对右手螺旋DNA转变为左手螺旋DNA的影响。总之,这些实验结果帮助我们对小环DNA构建的分子瓦有了进一步了解,为构建更大更复杂的纳米结构提供有力的支撑,为加快小环DNA纳米结构投入到实际应用中奠定基础。