DNA折纸术是构建DNA纳米材料的一种方法，这个新兴的研究领域吸引了众多科学家的研究和探索，无论从DNA折纸的设计合成还是到开拓新的应用领域，都遍布了无数探索者的脚印。传统的DNA折纸术是通过将一条长的噬菌体单链DNA与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补，可控地构造出高度复杂的纳米图案或结构。本论文的主要研究内容是寻找更加简单的DNA折纸构建方法以及探索DNA折纸在药物运输治疗、生物传感检测、动态纳米机器、DNA并行计算等方面的应用。具体说来如下：1. DNA纳米带应用于免疫药物的细胞内运输DNA纳米结构由于其合适的大小、结构的多样性和低毒性，近年来成为一种新型的药物递送载体。本文中我们提出了一种新的DNA纳米带的构建方法，首先用滚环扩增技术得到具有上千个重复单元的DNA长链来代替传统的噬菌体单链DNA作为脚手架链，然后在若干条短的寡核苷酸链的帮助下成功合成不同形状、不同维度的DNA纳米带结构。通过后续研究我们发现这些DNA纳米带可以直接由四条短DNA链合成，不需要滚环扩增步骤。当我们将这些DNA纳米带结构携载免疫核酸CpG时，与含有CpG序列的单、双链DNA相比，它的细胞摄取能力和免疫活性显著增强。2.基于DNA折纸上的杂交链式反应检测单分子miRNAmiRNA被认为是一种有效的癌症生物标志物，可用于癌症分类和预测。传统检测miRNA的方法，由于其样品体积很难缩小的限制使得传统检测miRNA的方法很难到达单细胞水平。本论文提出了一种免标记、高灵敏度和高选择性的多种miRNA并行检测方法。它利用原子力显微镜和折纸上的杂交链式反应实现了单分子的检测。我们通过检测多个miRNA序列证实了它的的灵敏度和特异性。我们发现，探针之间的距离和锚长度的精确控制，可以确保杂交链式反应快速进行。更重要的是，该分析方法被应用于识别癌细胞和健康乳腺细胞中提取的总RNA样品中miR21的差异表达。结果与之前的报道十分吻合。3.动态DNA纳米机器模拟多米诺骨牌运动动态DNA纳米机器代表了人类在分子规模控制机械运动的能力。目前动态DNA纳米机器的研究尚处于初始阶段，已经报道的有开关、镊子、转子、步行器和马达等。而具备更多功能，结构更加复杂的DNA纳米机器正待我们去开发和研究。以这个为目的，本文设计合成了一个动态DNA纳米机器，它成功模拟我们熟知的一种游戏-多米诺骨牌。这个纳米机器将方形DNA折纸作为摆放场地，杂交链式反应系统中的发卡H1链作为“骨牌”，引发链I作为一个外力推动，借助原子力显微镜观察第一张“骨牌”在外力推动后引发后面一系列“骨牌”逐步倒塌的运动过程。与宏观世界的多米诺骨牌这个游戏相比，我们设计的平台有如下优点：第一，所有的“骨牌”在摆放位置事先设定好以后一次性摆放；第二，“骨牌”摆放之后不会受到外界因素的干扰。4.自动DNA纳米机器人解决迷宫问题DNA计算由于其强大的并行计算能力已经被科学家们用来创造生物计算机。本文将自动DNA纳米机器人应用于DNA计算，简化了解答问题的步骤，在原子力显微镜下得到所有可能的结果。我们选择了迷宫问题作为DNA计算的模型，在DNA折纸平台上设计了一个简单的迷宫。每个长方形的折纸相当于一个自动纳米机器，它包含两个发夹链（H1和H2）和引发链I，其工作方式类似于催化剂引发连锁反应。虽然每个折纸只能走一条路径，但是所有的路径会随机分散于溶液中，这意味着迷宫一切可能解可以由AFM读出。最后，利用磁珠分离，得到我们所需要的正确结果。5.抗体在二维DNA折纸上的定向固定IgG抗体由于其与抗原强烈的结合能力通常被固定在各种表面用来纯化蛋白质和诊断疾病。然而，当抗体分子随机取向地被固定在表面上时，它们的Fab区可能被隐藏，这导致抗体——抗原结合受到阻碍。因此，本文报道了一种新方法，它利用非共价连接和随后的共价连接将抗体方向可控地结合到二维折纸上。本文设计了一个含有适合抗体大小的空腔的DNA折纸结构。在进入空腔的上下两侧各放有一条三个NTA修饰的DNA链，它被用于结合抗体的两个组氨酸簇。随后通过抗体上赖氨酸或半胱氨酸与DNA纳米结构上的酯或马来酰亚胺反应共价连接。原子力显微镜成像、琼脂糖凝胶电泳以及免疫分析均证明了IgG抗体成功的定向固定在DNA折纸结构上。