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近些年来DNA由于具有精确的碱基配对和序列的可操作性而逐渐成为一种多重功能的自组装体系构建单元。以寡聚核苷酸链作为亲水头基的DNA双亲分子将DNA的多功能性和双亲分子的自组装能力结合在一起,在靶向药物运输、基因治疗、基因检测等方面有着广泛的应用前景。i-motif是一种对pH非常敏感的四链体DNA结构,存在于人体的端粒中,可以作为癌症治疗的靶向目标。将i-motif结构引入双亲分子自组装的设计中,从而可以构建新的pH敏感的自组装体系。同时DNA双亲分子的自组装行为对i-motif结构的形成和稳定性也存在影响,研究二者的关系有利于开发稳定i-motif结构的新方法,从而为癌症的治疗提供新思路。基于i-motif的三种不同构型,本文设计合成了三类DNA双亲分子,即四聚体i-motif双亲分子、双聚体i-motif双亲分子和单体i-motif双亲分子。利用表面张力法和荧光探针法对这三类i-motif双亲分子的临界胶束浓度进行了测定。结果表明i-motif的形成影响其临界胶束浓度的大小。在pH 4.5时,亲水头基形成了i-motif结构,增大了其电荷密度,使得临界胶束浓度提高。同时利用原子力显微镜(AFM)、冷冻透射电镜(cryo-TEM)和动态光粒度仪(DLS)对这些DNA双亲分子在pH 4.5和9.0时自组装体的形貌和尺寸进行检测和分析。实验结果发现,不同构型的i-motif结构对DNA双亲分子的自组装行为影响不同。四聚体i-motif双亲分子C18-C3在pH 4.5和9.0时均形成胶束结构。双聚体i-motif双亲分子C18-imotif-11bp在pH 4.5时形成多层实心球聚集体,在pH 9.0时形成多胶束聚集体。单体i-motif双亲分子lipid-imotif-21bp在pH 4.5时形成球形胶束;在pH 9.0时形成纤维结构。这些自组装结构可以通过改变pH而互相转变。通过观测自组装体结构随时间的变化,我们提出了C18-imotif-11bp的分层组装机理和多胶束聚集机理,同时阐明了i-motif结构的形成在lipid-imotif-21bp自组装中起到的关键作用。另一方面,利用圆二色光谱(CD)对这三类DNA双亲分子中i-motif的二级结构进行了测定。实验结果表明DNA双亲分子的自组装对于分子间i-motif的折叠具有明显的作用,而对分子内i-motif折叠作用较小。实验结果表明疏水作用力的大小和自组装体中分子的排布方式是影响i-motif结构形成和稳定性的决定因素。C18饱和烷基链的引入可以诱导三聚胞嘧啶核苷酸形成i-motif四链体结构,C10饱和烷基链则不能诱导。在DNA双亲分子的自组装体中,分子排布曲率越小,对i-motif结构的稳定作用越强。由于C18-imotif-11bp的分子排布曲率较小,有利于分子间氢键的形成,因此其熔点温度高于疏水作用更强的lipid-imotif-11bp的熔点温度。这些结果为理解i-motif的稳定因素提供了新的认识。此外,为了更深刻地理解不同构型i-motif结构的差异以及开发i-motif双亲分子在细胞内的应用,本文还研究了单体i-motif和双聚体i-motif在拥挤环境下的热稳定性。利用不同含量不同长度的PEG溶液模拟拥挤环境,测定这两种构型的i-motif在不同拥挤条件下的熔点温度,并通过拟合计算了在不同条件下的热力学参数。实验发现,分子量较小的PEG会降低i-motif的热稳定性,且随着PEG浓度的提高,其对i-motif热稳定性的破坏程度增加。而分子量大的PEG在较高浓度时会提高i-motif的热稳定性。综上,本文系统性地研究了不同构型的i-motif结构与DNA双亲分子自组装的相互作用机制,发现了多胶束聚集体和多层球形自组装体等新型自组装结构,并提出了多胶束聚集和分层组装等新的自组装机理,对于响应型DNA双亲分子的设计有一定的指导意义;同时对DNA双亲分子中的i-motif的热稳定性进行研究,得到了影响其结构形成和稳定性的作用规律,为开发新的诱导和稳定i-motif结构的方法以及研发新的抑制癌症细胞增殖的手段提供了实验依据。