一种DNA分子瓦或其核酸纳米结构及其应用的制作方法
本发明涉及dna纳米自组装技术领域，具体涉及一种dna分子瓦或其核酸纳米结构及其应用。
背景技术：
自1953年watson和crick发现dna碱基配对原则(a与t配对、g与c配对)和双螺旋结构以来,分子生物学在60多年里飞速发展。dna是自然界存在的能够做到最精确与程序化的可控自组装的分子体系之一，由高度忠诚的碱基互补配对构成的双螺旋结构具备刚柔并济的稳定性，而构成dna的四个碱基在其高分子单链上的排列组合又使其具有无穷无尽的多样性，dna是理想的“分子建筑模块”，用dna分子模块来构筑纳米和微米结构的分子建筑术是由纽约大学的西曼(nadrianc.seeman)教授于20世纪80年代首先提出来的，他突破了dna仅限于生物学研究领域的桎郜，发明了dna“双交叉”分子(doublecrossover，或简称dx)和“三交叉”分子(triplecrossover，或简称tx)等分子建筑模块，利用碱基特异性配对和可编程排序的特性，通过"底端向上"的方式，在纳米尺度上精确组装具有确定几何构型的零维、一维、二维、和三维(0d、1d、2d、3d)阵列结构、器件和3d单晶材料。经过近三十年的发展，dna自组装的物体尺寸从纳米量级到三维的毫米量级，自组装的分子或成分也从单一的dna分子发展到dna-纳米粒、dna-蛋白质、dna-功能分子等多组分，自组装物体的功能也日趋丰富，从简单的各种漂亮的图案到具有多种操作和控制的分子组装工厂、纳米组装线、乃至dna纳米机器等，操控对象也从简单的纳米团簇和几百微米的小晶体扩展到了更加复杂并且可对刺激作出反应的动态材料以及宏观材料，此外由材料的特定组合还产生了新颖的物理性质。如将dna纳米组装技术应用于组装光学活性的纳米金和纳米半导体颗粒能产生可控等离子共振的光子晶体材料等。
dna纳米技术拥有跨学科的性质，打破了传统的学科边界，将化学、生物学、计算机科学、以及物理学的知识结合起来用于解决生物医学和人类健康领域的一些棘手的问题。推动本领域前进的动力是在尽可能小的尺度(分子和原子层次)下操控物质，通过更好地理解dna的打结、链间穿行、dna基元结构的稳定性和刚性等性质，增强人为操控dna的能力，合成多种多样复杂而富有功能的纳米尺度材料，这些人工合成的分子或纳米机器也给合成生物学带来新的技术和操纵工具。从最早的dx双交叉分子到最近发展得到的极其复杂的dna-蛋白质复合组装体，该领域还扩展到一些最新最热门的应用领域，包括物质自组装、结构生物学、生物催化剂、dna计算、纳米机器、疾病检测和药物运输等。dna纳米技术的一些最新应用得益于在纳米层面上精确组装dna分子同时又能维持其复杂的结构和功能。dna纳米自组装技术已被认为是“底端向上”的分子器件以及纳米制造术中最具活力、最具广泛应用前景的科学研究领域，虽然dna纳米技术在纳米光电子器件和dna计算机等诸多领域具备发挥重要作用的潜能，我们认为dna纳米技术的应用前景应主要着眼于生物医药技术领域，原因是由于它们本身就是由生物高分子材料-核酸构成的，这些应用领域包括控制基因表达、药物输运、基因沉默、检测疾病标记物等。
按时间排序回溯dna纳米技术的发展，上世纪80年代初，西曼研究小组首先致力于使用几条合成的dna单链构造生物体系中存在的或类似的天然基元结构，例如：霍利迪结(hollidayjunction，或简称hj)及其类似物、立方体、平行四边形和“波罗米昂三环”结构等；随后的90年代末期，西曼与计算机青年学者ericwinfree合作，利用双交叉分子瓦(dxtile)的交叉连接构筑了dao-e(doublecrossover,antiparallel,oddhalf-turnstilewithevenhalf-turnsconnection)和dae-o(doublecrossover,antiparallel,evenhalf-turnstilewithoddhalf-turnsconnection)的2d阵列，1998年首次报道了可以用原子力显微镜观察到dna的0.1至10微米尺度的2d阵列，该工作直接引发了dna和rna纳米自组装技术的浪潮。随后的近二十年来，许多具有视觉震撼力的dna和rna的纳米图案及具有深刻科学意义的dna和rna纳米自组装的工作接连在nature和science杂志上发表，比如用三臂和四臂dna构建的有孔洞的二维dna阵列和有限结构阵列等；paulrothemund于2006年报道的使用一条已知序列的长链病毒dna作为模板(支架链)、并利用众多“订书dna链”作为辅链与模板链互补配对、将长模板链折成任意形状的平面“dna折纸”(dnaorigami)术；seeman和mao的小组合作利用三角形的基元结构合成了3ddna晶体；williamshih等发明了dna折纸的三维折叠技术；haoyan等用dna阵列作支架构筑了精确定位的蛋白质和纳米金的阵列,还使用短链dna的组装技巧扩展了dna折纸的图形构筑，如构建微纳米领域的多种dna艺术品如mobius带和花瓶等；pengyin和yonggangke等使用单链构建了多种二维和三维的dna纳米结构；在dna纳米技术的启发下，类似的rna纳米自组装技术也蓬勃发展起来。
环状dna在生物细胞中普遍存在，比如存在于许多细菌、酵母菌等生物中的质粒就是一种细胞核外能够进行自我复制的环状dna分子，人的肝、脑、白细胞、鼠的胸腺细胞、hela胚胎癌细胞中也提取到了这种环状dna分子。另外，在小麦、黄豆、高粱等高等植物的核内、叶绿体和线粒体中也发现了环状dna分子的存在。环状dna分子可以通过亚细胞器的膜系统进行基因漂移，并在细胞各部之间进行信息交流，特别是在细胞核与线粒体遗传系统中发挥作用：影响生命体系的衰老、细胞的突变和其他分子病变等。
生物大分子的生物学功能与生物大分子的二级和三级结构息息相关，相较于对化学键的强弱、性质、和其连接形成分子一级结构的知识而言，人类对生物大分子的二级和三级结构按照什么规律构建知之甚少，这也是当前结构生物学昌盛的原因。dna纳米技术是根据已知的dna的一级、二级和三级结构的现有知识和规律来人为地构建有序结构的方法，但不仅限于此，我们发明的小环dna纳米技术能够创造性构建一些还没有被证实但合理的人造dna二级和三级结构，比如hj的一种特殊形式或者特殊结构b-zsjx(b-zswitchingjunctionofx-stacking)、以及b-dna和z-dna共存的分子瓦及其纳米结构。一般而言，dna分子以b-型(右手螺旋)形式广泛存在于动植物生命体系中，各种动物的食物中也存在大量的b-型dna分子，b-型dna分子是无免疫原性的；但科学家们对其他类型的dna如左手螺旋的z-型dna分子的研究和理解日益深刻，自a.rich在1979年发现左手螺旋的z-dna分子后，体内实验研究表明z-型dna分子是免疫原性的；z-dna是一种高能的dna，已有的报道表明z-dna稳定存在的条件较为苛刻，如1)一价或二价阳离子的高盐状态下(几个摩尔浓度的量级)，如na+、mg2+、ca2+和ba2+等能有效中和和屏蔽z-dna的高能负离子的排布，2)如多胺类、化学修饰剂、稀土元素等(几十至几百毫摩尔浓度的量级)均利于z-dna形成并稳定，3)细胞内的负超螺旋或者与特定结构域的蛋白质的结合产生的扭转力和拉伸力等也是刺激形成z-dna的原因，4)特定的序列如d(gc)n(n≥3)等。z-dna在生理条件下很容易变回b-dna。生命体内z-dna中间体的生物学功能包括：复制、激活或者抑制转录、诱导遗传不稳定性、促进基因重组、导致涉及z-dna的人类疾病如阿尔兹海默症(aβ多聚体可能促进dna的b-z转变且稳定z-dna的结构)、血液病、肿瘤、自身免疫疾病如风湿关节炎等。但科学界对z-dna的形成、稳定、以及生物学功能等了解得很有限，需要更多的关注和研究。该发明中发现的x-形状堆积的b-z变换的四臂交叉结(b-zsjx)、b-dna和z-dna共存的分子瓦及其纳米结构使得科学界难以得到的z-dna很容易制备得到，通过修饰使得在生理条件下稳定存在的z-dna纳米结构将改变科学界较难获得z-dna的状况，能够较容易地在细胞和活体小动物的层面研究z-dna的生物学功能，dna小环纳米技术的研究将开阔人类认识dna的二级和三级结构和功能的视野，希望该技术对z-dna的生物学功能和由z-dna引起的人类多种疾病的研究更加深入。
技术实现要素：
针对现有技术的不同，本发明的目的在于提供一种dna分子瓦或其核酸纳米结构及其应用。该dna小环纳米技术的发明构建了刚性和柔性结合的dna纳米结构，它们的尺寸可控、组装产率高、与生物体系兼容、可进行酶连和酶切等温和的生物化学反应与化学修饰,也可在非水溶液条件下将dna分子修饰上单(多)个荧光染料、靶标分子、纳米粒等，再将修饰的dna引入并组装到水溶液的dna纳米结构中，实现在一个纳米结构中引入单个标记物或者多个组合的标记物。该发明构建了人类至今未曾发现或者发明的许多稳定的dna纳米结构，能够创造性构建一些还没有在生命体系被发现和证实但在科学上合理的人造dna二级和三级结构，比如b-zsjx和b-dna和z-dna共存的纳米结构,这些10至10000纳米尺度下的dna有序结构能够容易地被现代显微技术在静态和动态探测到，它们的生物学功能将能够较容易地在细胞和活体小动物的层次被研究，籍此技术科学家可以探究这些人造dna结构是否在生命体系中存在，如果存在，它们生物学功能是什么？这些问题的回答将开阔人类认识dna的二级和三级结构和功能的视野。该发明使用了类似于细胞内负超螺旋或者特定结构域的蛋白质的结合产生的扭转力和拉伸力来稳定任意序列的z-dna构建b-和z-型共存的小环dna分子瓦及其纳米结构，改变了过去稳定z-dna的极端条件：如高盐环境和特定序列如d(gc)n等，使得任意序列的z-dna容易被制备，该发明中b-和z-dna共存的纳米结构经过修饰可能在体外生理条件下稳定存在，这种易得的包含z-dna的纳米结构将对开展z-dna生物功能的研究提供极大的方便。
一种分子瓦，包括小环单链dna分子和线性单链dna分子，两者通过碱基配对规则组合成一体的构建核酸纳米阵列的稳定个体存在或者个体不存在的分子基元结构，所述小环单链dna分子为支架链，所述线性单链dna分子为辅助链，所述分子基元结构至少包括一个霍利迪结(hj)。
作为改进的是，所述小环单链dna(c64nt)的长度为64nt，当所述小环单链dna分子被压缩成两条并排且反平行的32nt长度的中心对称的线性结构，引入两条在c64nt几何重心处拐弯并分别与两半互补的线性单链构成hj，即得hj@c64nt分子瓦；当所述小环单链dna分子被压缩成反平行且一边长34nt、另一边长30nt不等的线性结构，引入两条在c64nt几何重心处拐弯并分别与两半互补的线性单链构成hj，即得非对称ahj@c64nt分子瓦。
作为改进的是，所述hj@c64nt分子瓦的两端头各形成一个霍利迪结、两条并排反平行双螺旋链的两端在c64nt外面各悬挂ibp并附带一个jnt的粘性末端，其中，2＜i＜10的整数，2＜j＜21的整数，且i+j＝21或者26，即得cdao@c64nt分子瓦；所述ahj@c64nt分子瓦的两端头各形成一个霍利迪结、两条并排反平行双螺旋链的两端在c64nt外面各悬挂ibp并附带一个jnt的粘性末端，其中，2＜i＜10的整数，2＜j＜21的整数，且i+j＝21或者26，即得非对称acdao@c64nt分子瓦。
作为改进的是，所述小环单链dna的长度为84nt，当所述小环单链dna分子与两条线性单链在c84nt几何重心处构成hj，两条线性单链在hj处回拐并分别与各自所在c84nt一半的两边各互补16nt，引入另两条线性单链，与c84nt两端头的各10nt互补，形成两个共用顶点的等腰三角形，四条单链继续外伸，并且同半区的对应单链在环外配对互补，在两三角形底边的四个顶点形成四个三臂结后，各外悬ibp并附带一个jnt的粘性末端，其中，2＜i＜10的整数，2＜j＜21的整数，且i+j＝21或者26，即得thj@c84nt分子瓦。
作为改进的是，所述小环单链dna的长度为128nt，所述小环单链dna分子被拉伸成四边分别为32nt的正方形，其中的一对对边平行于二维笛卡尔xy直角坐标系的x轴，另一对边平行于y轴；将平行于y轴的一对边的各自中点拉向并靠近正方形的中心，另外一对平行于x轴的对边则保持平行并各自顺应向中心靠拢，最后变成四行并排的“工”字结构；引入四条单链分别与上述的并排四行互补后继续外伸出c128nt环外；引入另四条单链分别与左右两边的上面两条和下面两条外伸的单链互补形成四个霍利迪结，四条反平行并排双链的两端分别外悬ibp并附带一个jnt的粘性末端，其中，2＜i＜10的整数，2＜j＜21的整数，且i+j＝21或者26，即得pdae@c128nt分子瓦。
作为进一步改进的是，所述pdae@c128nt分子瓦中间的两平行于x轴的辅助单链在几何重心处分别以三臂结的方式伸出c128nt、插入互补10bp的连接，即得pdae-10bp@c128nt分子瓦。
作为改进的是，所述小环单链dna的长度为64nt，所述小环单链dna分子在三维笛卡尔直角坐标系xyz的xy平面被压缩成平行于x轴方向的两条并排但反平行的32nt线性结构；分别在c64nt平行于x轴的两条并排的32nt链的四等分碱基数处引入霍利迪结，共6ד半个霍利迪结”，“半个霍利迪结”需与对应位点的“半个霍利迪结”连接形成一个整体霍利迪结，如一对位于c64nt几何重心处的“半个霍利迪结”在分子瓦自身内部形成一个整体霍利迪结并位于xy平面，另外两对“半个霍利迪结”分别位于另四个四等分碱基数的位点，每对的两个位点对称于几何重心，该四个不同位点的“半个霍利迪结”必须分别与另外分子瓦对应位点的“半个霍利迪结”连接形成整体hj，每对的两个“半个霍利迪结”指向z轴的同一个方向且在xy平面的垂直投影位点对称于该分子瓦的几何重心，但两对“半个霍利迪结”分别指向z轴的不同方向，按照一个分子瓦共构建了5个独立的hj的概念进行命名，即得5hj@c64nt手性分子瓦，5hj@c64nt有互为对映体的左手螺旋z-5hj@c64nt和右手螺旋b-5hj@c64nt之分，5hj@c64nt手性分子瓦基元结构的个体并不独立存在，构成稳定存在的分子瓦或者纳米阵列后左手螺旋z-5hj@c64nt和右手螺旋b-5hj@c64nt的分子瓦由于层间的连接才能分别产生于相邻对应的dna双螺旋平面层。
作为进一步改进的是，取消对称于几何重心的四等分位点的一对hj并变为线性双链，则得到“半个hj”并变为线性双链，则得到3hj@c64nt手性分子瓦，3hj@c64nt有互为对映体的左手螺旋z-3hj@c64nt和右手螺旋b-3hj@c64nt之分，3hj@c64nt手性分子瓦基元结构的个体并不独立存在，构成稳定存在的分子瓦或者纳米阵列后左手螺旋z-3hj@c64nt和右手螺旋b-3hj@c64nt的分子瓦由于层间的连接才能分别产生于相邻对应的dna双螺旋平面层。
上述dna分子瓦在生物医药、数学、计算机、化学、化工、物理电子或纳米科技领域上的应用。
一种dna分子瓦周期排列的一维或二维核酸纳米结构，至少包括一个dna分子瓦，每个分子瓦由相邻的至少两条并排的反向双螺旋链段组成，每条双螺旋链段的首尾各有一个粘性末端，邻近分子瓦通过粘性末端互补配对并以近似共平面或者以相近的曲率平滑连接完成组装，当邻近分子瓦为线性连接时，分子瓦的周期性重复构成一维核酸纳米结构，当邻近分子瓦交叉连接时，分子瓦的周期性重复构成二维核酸纳米结构。
作为进一步改进的是，所述核酸纳米结构为一维结构，由acdao@c64nt分子瓦的环外粘性末端的线性连接而成acdao@c64nt-e的一维纳米圆或一维纳米螺旋线；所述核酸纳米结构为二维结构，由cdao@c64nt、thj@c84nt、pdae@c128nt分子瓦和pdae-10bp@c128nt分子瓦的环外粘性末端的交叉连接，即得cdao@c64nt-e、cdao@c64nt-o、thj@c84nt-o、pdae@c128nt-e、pdae@c128nt-o、pdae-10bp@c128nt-e、pdae-10bp@c128nt-o的二维平面纳米结构和thj@c84nt-e的二维阵列卷曲而成的纳米管。
一种dna分子瓦周期排列的三维核酸纳米结构，所述三维核酸纳米结构以笛卡尔直角坐标系xyz来描述，同一层内即平行于xy平面的各dna双螺旋平面通过分子瓦的双螺旋轴向的几何图形匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或1-8个碱基的粘性末端插入配对连接，z轴方向上邻近上下dna双螺旋层是左右手螺旋层交替、并由邻近层分子瓦之间的b-zsjx连接而成，所述z轴方向上dna双螺旋平面的层数限定为2-4层，当层数为2层时，所述三维核酸纳米结构由至少两个不同序列的dna分子瓦组成，当层数为3层或4层时，所述三维核算纳米结构由至少三个或四个不同序列的dna分子瓦组成。
作为改进的是，至少两个不同序列的3hj@c64nt分子瓦构建z方向上两层3d核酸纳米结构，每层为同一序列或者不同序列但具有同层平移对称性的3hj@c64nt通过双螺旋轴向的几何形状匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或粘性末端配对连接组成；z轴方向上邻近上下dna双螺旋层的构象和连接方式：1)一层是右手螺旋而另一层为左手螺旋，左右手螺旋层交替构建两层三维核酸纳米结构，并由每一层的一个3hj@c64nt分子瓦通过z方向上的一对(两个)“半个霍利迪结”节点与邻层的两个3hj@c64nt分子瓦对应的“半个霍利迪结”节点构建两个b-zsjx进行连接。b-zsjx产生的充要条件是上下相邻两层分别为b-3hj@c64nt和z-3hj@c64nt分子瓦，只有在环之间的直接四臂连接、且环外之间无多余的碱基配对才能产生b-zsjx，连接两层三维核酸纳米结构只使用一种b-zsjx1；2)一个特例是两层都是右手螺旋且连接为交叉霍利迪结。该两层纳米结构理论上可以在x和y轴方向上都是无限伸展的，或者限定x或y轴方向上的宽度但另一轴向上无限伸展，或者限定x和y轴上的长度成为有限尺寸结构。
作为改进的是，所述三维核酸纳米结构为三层结构，至少两个不同序列的3hj@c64nt和一个不同序列的5hj@c64nt分子瓦构建三层3d核酸纳米结构，上层的3hj@c64nt和下层的3hj@c64nt为同一序列或者不同序列但具有同层平移对称性，同层的3hj@c64nt通过双螺旋轴向的几何形状匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或粘性末端配对连接组成，中间一层为同一序列或者不同序列但具有同层平移对称性的5hj@c64nt分子瓦通过双螺旋轴向的几何形状匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或粘性末端配对连接组成，z轴方向上邻近上下dna双螺旋层是左或者右手螺旋层交替构建而成的，通过中间层一个5hj@c64nt的一对b-zsjx1和另一对b-zsjx2分别与上下层各两个3hj@分子瓦连接起来，即得稳定的三层3d核酸纳米结构。b-zsjx1和b-zsjx2产生的充要条件是上下两层分别为b-3hj@c64nt分子瓦，中间层为z-5hj@c64nt分子瓦，只有在环之间的直接四臂连接(环外之间无多余的碱基配对)才能产生b-zsjx，三层3d核酸纳米结构需要使用b-zsjx1和b-zsjx2两种结进行连接。该三层纳米结构理论上可以在x和y轴方向上都是无限伸展的，或者限定x或y轴方向上的宽度但在另一轴向上无限伸展，或者限定x和y轴上的长度成为有限尺寸结构。
作为改进的是，所述三维核酸纳米结构为四层结构，至少两个不同序列的3hj@c64nt和两个不同序列的5hj@c64nt分子瓦构建四层3d核酸纳米结构，上层的3hj@c64nt和下层的3hj@c64nt为同一序列的3hj@c64nt或者不同序列但具有同层平移对称性的3hj@c64nt通过双螺旋轴向的几何形状匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或粘性末端配对连接组成，中间两层分别为同一序列或者不同序列但具有同层平移对称性的5hj@c64nt分子瓦通过双螺旋轴向的几何形状匹配和碱基π-π作用堆积(钝性末端)或粘性末端配对连接组成，z轴方向上邻近上下dna双螺旋层是左或者右手螺旋层交替构建而成的，相邻两层分子瓦的连接方式为b-zsjx1或者b-zsjx2，四层3d核酸纳米结构的层间连接必须交替使用b-zsjx1和b-zsjx2，即第一和第二层由b-zsjx1连接、第二和第三层由b-zsjx2连接、第三和第四层由b-zsjx1连接，或者反之亦然，即得稳定的三层3d核酸纳米结构。b-zsjx1和b-zsjx2产生的充要条件是上下相邻两层分别为不同构象的b-和z-dna层，如第一层b-3hj@c64nt/第二层z-5hj@c64nt/第三层b-5hj@c64nt/第四层z-3hj@c64nt，只有在环之间的直接四臂连接(环外之间无多余的碱基配对)才能产生b-zsjx。该四层纳米结构理论上可以在x和y轴方向上都是无限伸展的，或者限定x或y轴方向上的宽度但在另一轴向上无限伸展，或者限定x和y轴上的长度成为有限尺寸结构。
上述核酸纳米结构在生物医药、数学、计算机、化学、化工、物理电子或纳米科技领域上的应用。
有益效果：
与现有技术相比，本发明使用了小环单链dna分子作为支架链，构建了新型的dna分子瓦和由此搭建的新型核酸纳米结构。该发明构建了刚性和柔性结合的核酸纳米结构，它们的尺寸可控、组装产率高、与生物体系兼容、可进行酶连和酶切等温和的生物化学反应与化学修饰,也可将dna分子修饰上单(多)个荧光染料、靶标分子、纳米粒等，再将修饰的dna引入并组装到核酸纳米结构中，实现在一个纳米结构中引入单个标记物或者多个组合的标记物。该发明构建了人类至今未曾发现或者发明的许多稳定的核酸纳米结构，能够创造性构建一些还没有在生命体系被发现和证实但在科学上合理的人造dna二级和三级结构，比如b-zsjx结和b-dna/z-dna共存的分子瓦和纳米结构。生命体内z-dna中间体的生物学功能包括：复制、激活或者抑制转录、诱导遗传不稳定性、促进基因重组、导致涉及z-dna的人类疾病如阿尔兹海默症(aβ多聚体可能促进dna的b-z转变且稳定z-dna的结构)、血液病、肿瘤、自身免疫疾病如风湿关节炎等，但科学界对z-dna的形成、稳定、以及生物学功能等了解得很有限，需要更多的关注和研究。这些较大的1至10000纳米尺度下的dna有序结构能够容易地被现代显微技术在静态和动态探测到，它们的生物学功能将能够较容易地在细胞和活体小动物的层面被研究。该发明使用了类似于细胞内负超螺旋或者特定结构域的蛋白质的结合产生的扭转力和拉伸力来稳定任意序列的z-dna构建b-和z-型共存的小环dna分子瓦和纳米结构，至今为止科学界需要使用特定序列如d(gc)n并且在高盐环境等极端条件下才能稳定z-dna，我们的发明将改变目前在生理条件下难以制备任意序列z-dna的状况，使得很容易被制备，这种任意序列的b-和z-dna共存的纳米结构经过修饰能够在生理条件下稳定存在，这种易得的包含b-和z-dna共存的纳米结构将对开展b-zsjx结和z-dna的生物功能的研究提供极大的方便，dna小环纳米技术将开阔人类认识dna的二级和三级结构和功能的视野、深入理解z-dna的生物学功能和由z-dna引起的人类多种疾病的机理、并更进一步引导治疗这些疾病、为人类的健康和人类探索生命的奥秘贡献一份力量。
附图说明
图1为hj@c64nt分子瓦的结构示意图；
图2为cdao@c64nt分子瓦的结构示意图；
图3为cdao@c64nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图4为cdao@c64nt-o(-o＝5)构成的26bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图5为acdao@c64nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的线性阵列，其中，(a)不对称ahj@c64nt分子瓦的结构示意图，(b)为acdao@c64nt分子瓦及其线性阵列结构示意图，(c)为afm图；
图6为thj@c84nt的结构示意图；
图7为不同结构分子瓦的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳图，其中，1-对照品c64bp，2-hj@c64nt，3-ahj@c64nt，4-hj@c64nt两端头的切刻点移到离hj结8bp且中心对称的位点后形成的高分子纳米线，5-对照品c84bp,6-hj@c84nt(类似于hj@c64nt的结构但环为c84nt)，7-thj@c84nt，8-hj@c84nt两端头的切刻点移到离hj结8bp且中心对称的位点后形成的高分子纳米线,9-dnamarker；
图8为thj@c84nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图9为thj@c84nt-o(-o＝5)构成的26bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图10为pdae@c128nt分子瓦的结构示意图；
图11为pdae-10bp@c128nt分子瓦的结构示意图；
图12为pdae@c128nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图13为pdae@c128nt-o(-o＝5)构成的26bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图14为pdae-10bp@c128nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图15为pdae-10bp@c128nt-o(-o＝5)构成的26bp连接的2d阵列，其中，(a)为结构示意图，(b)为afm图；
图16为5hj@c64nt分子瓦及b-zsjx的结构示意图,其中,(a)从左至右分别为序列、右手螺旋b-5hj@c64nt分子瓦、和左手螺旋z-5hj@c64nt分子瓦的结构示意图,b-5hj@c64nt和z-5hj@c64nt互为对映体，(b)为理想的b-zsjx1和b-zsjx2的结构示意图；
图17为右手螺旋b-3hj@c64nt与左手螺旋z-3hj@c64nt构建的两层3ddna阵列无限纳米结构，其中，(a)从左至右分别为b-3hj@c64nt和z-3hj@c64nt分子瓦的结构示意图、序列及其连接、组装示意图、及afm图，(b)为该纳米结构的cd谱图；
图18为b-3hj@c64nt、z-5hj@c64nt和b-3hj@c64nt构建的三层3ddna阵列无限纳米结构，其中，(a)从左至右分别为b-3hj@c64nt、z-5hj@c64nt、和b-3hj@c64nt分子瓦的结构示意图、序列及其连接、及afm图，(b)为该纳米结构的cd谱图；
图19为b-3hj@c64nt、z-5hj@c64nt、b-5hj@c64nt、和z-3hj@c64nt构建的四层3ddna阵列无限纳米结构，从左至右分别为b-3hj@c64nt、z-5hj@c64nt、b-5hj@c64nt、和z-3hj@c64nt分子瓦的结构示意图、序列及其连接、及afm图；
图20为在x轴方向限定三个b-3hj@c64nt长径的宽度而y轴无限生长的两层b-3hj@c64nt右手螺旋3ddna阵列纳米结构，其中，(a)上面的灰度图为使用cadnano程序画出的序列的排列、配对和连接图，(b)为afm图，(c)为该纳米结构的cd谱图；
图21为在x轴方向限定3个b-3hj@c64nt长径的宽度而y轴无限生长的b-3hj@c64nt和z-3hj@c64nt层交替构建的外消旋的两层3ddna阵列纳米结构，其中，(a)上面的灰度图为使用cadnano程序画出的序列排列、配对和连接图，(b)为afm图，(c)为该纳米结构的cd谱图；
图22为在x轴方向限定3个b-3hj@c64nt长径的宽度而y轴无限生长的b-3hj@c64nt/z-5hj@c64nt/b-3hj@c64nt三层3ddna阵列纳米结构，其中，(a)为使用cadnano程序画出的序列排列、配对和连接图，(b)为afm图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
hj(hollidaycrossoverjunction)，又称四臂霍利迪交叉结。dao(doublecrossover双交叉,antiparallel反平行,oddhalf-turns奇数个半螺旋圈)。
我们使用酶环化5’或者3’的方式来合成dna小环。制备dna的纳米结构中，dna序列分成两个部分，基本单元的dna分子瓦和连接分子瓦的辅助链。
制备dna分子瓦的方法如下：根据前述构建dna分子瓦的规则，设计一种dna分子瓦，将从公司订购来的5’磷酸化的线性序列环化并纯化，并将该dna分子瓦所需的环与辅助短链，按照watson-crick碱基互补配对方式和比例计量进行混合，并采用降温的方法从双链的变性温度或熔点温度以上的温度区间(约70-100℃)以合适的降温速度退火至4℃至室温的某一温度即可。
合成dna纳米技术的方法可分为两种方法：分步法和一锅法。
分步法：首先根据前述构建dna序列的规则，设计一种dna纳米结构。对所使用的每个基本单元的dna分子瓦，按照所述的制备分子瓦的方法制得，在低于所有dna分子瓦的熔解温度(由dna分子瓦的熔解曲线确定)但高于粘性末端完全复合时的温度区间(约37-60℃)的某一温度混合该dna纳米结构的所有分子瓦和辅助连接链，以合适的速度降温到4℃至室温之间的某一温度(如以0.1℃/10min的速度降温至4℃)。如一种制备2ddna阵列的分步降温退火方法为：1)分别将各个分子瓦的混合溶液快速退火：在2.5h内从95℃降到20℃，降温速度为1℃/2min，得到各稳定分子瓦的溶液；2)将所需制备dna阵列的各稳定分子瓦的溶液在室温下混合，从50℃退火，24h内从50℃缓慢降到20℃，降温速度为每0.1℃/5min，即制得2ddna阵列。
一锅法包括以下步骤：将该核酸纳米结构的所有dna线性单链和小环单链dna分子混合在一起，采用降温的方法从双链的变性温度或熔点温度以上的温度区间(约70℃-100℃)以合适的降温速度退火到4℃至室温之间的某一温度。如一种制备2d和3ddna阵列的降温退火方法为：95℃退火，70h内从95℃缓慢降温到20℃，过程为95℃到60℃的降温速度为1℃/5min，60℃到20℃的降温速度为0.1℃/10min，总共需要约70h。
所有的dna都订购自商业公司，未经进一步纯化，用te(ph＝8.0)缓冲液(10mmol/ltris-hcl,1mmol/ledta)配成浓度为10μm的储备液。5’磷酸化的dna由生产厂商进行hplc纯化。实验中使用的te缓冲液、tae预混粉末、mg(ac)2、t4连接酶、外切酶ⅰ等订购自商业公司。
实施例1c64nt、c84nt、c128nt的合成
实验中使用的64nt、84nt、128nt小环dna由t4连接酶分子内环化得到。总体积80μl液体含20nt的夹板dna(4.5μm)与5’磷酸化的dna(3.5μm)，从95℃开始2h内退火到室温，夹板链将5’磷酸化的dna首尾相连，退火结束后加入10μl的10×t4连接酶缓冲液(660mmtris-hcl,66mmmgcl2,100mmdtt,1mmatp)，10μlt4连接酶(300u/μl),总体积100μl在16℃水浴中反应16h。95℃加热5min，冰水浴萃冷后，加入10μl的10×外切酶ⅰ缓冲液，10μl外切酶ⅰ(5u/μl)，在37℃水浴孵育30min，切除剩余的直链dna。然后使用8-12％变性聚丙烯酰氨凝胶电泳(page)分离。切取目标条带，碾碎后加入两倍质量的去离子水混合振荡过夜。使用0.22μm的滤膜过滤除去page胶，使用乙醇沉淀法将含有小环dna的溶液浓缩到约100μl，使用浓缩仪抽干得到dna干粉。用te缓冲液溶解到10μm的小环dna储备液。
实施例2hj@c64nt、cdao@c64nt分子瓦及应用
hj@c64nt的分子瓦结构如图1所示,中间无缝连接的黑色长方形线条为共价连接的64nt的dna小环(c64nt)，其中箭头所指方向代表该条dna从5’到3’的方向(以下对箭头的描述除特别指出外，代表dna的方向)；深灰色的两条线性dna链在c64nt小环中间形成一个hj交叉结将c64nt分成两等分，两条单链分别与hj两边的序列均衡互补配对，这里使用了直线段和箭头来代表dna链及其方向。
cdao@c64nt分子瓦结构如图2所示，hj@c64nt中伸出c64nt的两条回折深灰色线性单链的四个出头与环外两端的两条淡灰色短链分别形成两个hj，然后分别配对8nt后留出5nt或者配对10nt后留出6nt单链粘性末端构成四个悬垂臂。借用seeman教授的dao分子瓦的定义，这个结构是共轭(coupled)的两个dao结构连接在一起，我们将之定义为cdao分子瓦。
我们假设每个分子瓦具有一定的几何构型，比如朝向同一方向的曲面，当阵列中所有同向旋转时，构成的dna阵列的曲面携带该分子瓦朝向同一方向的曲率，而生长dna阵列的动力学是朝着双链的轴向方向更容易和更快，dna阵列容易在分子瓦的横向方向闭合，而在分子瓦的纵向方向快速生长而形成纳米管；上述的朝同一方向的曲面弯曲可以通过构建波纹面来消除，即通过某种连接使得dna双链轴向方向上相邻的分子瓦的旋转方向或曲面的朝向不一样，构建出波纹面，抵消dna阵列朝向一个方向的偏转，从而构成更大的平面，有效提高实验的成功率与产率。在实验中，我们使用了两个不同序列的c64nt环a和b构建两个分子瓦，以两个分子瓦为例来构建dna纳米结构。为了保证结构处于一个平面上，连接两个环的连接链的长度只能是偶数个半螺旋圈或者是奇数个半螺旋圈。使用偶数个半螺旋圈时，a和b环的螺旋方向一致；使用奇数个半螺旋圈时，a和b环的螺旋方向相反。
上述分子瓦的制备方法是将设计的分子瓦所需的纯化小环dna分子与辅助单链混合，在含有12.5mmmg(ac)2的1×tae(40mmtris,40mmhac,1mmedta,ph＝8.0)溶液中，每条dna链的最终浓度为0.5μm，总体积为20μl。将混合好的含a环和b环的分子瓦分别在pcr(聚合酶链式反应)仪器中退火，即得稳定的分子瓦基本单元。
实施例3cdao@c64nt-e(-e＝4个半螺旋圈)构成的21bp连接的2d阵列及其afm图
如图3(a)所示，将a和b两个不同序列的环构成的cdao@c64nt连接起来，a和b两个环的螺旋方向一致，使用21bp(-e＝4个半螺旋圈)的连接，即使用四条外悬8bp并附带5nt粘性末端的cdao@c64nt分子瓦进行组装，形成二维阵列结构。
实验步骤如下：将a环、b环分别与其构成稳定分子瓦的四条直链混合在含有12.5mmmg(ac)2的1×tae(40mmtris,40mmhac,1mmedta,ph＝8.0)溶液中，每条dna链的最终浓度为0.5μm，总体积为20μl。然后用具体实施方式中的分步法或者一锅法制备得到cdao@c64nt-e的2d阵列。
图3(b)的afm图显示了组装好的一个单层dna阵列：高约1.2nm、宽约2.5μm、长约9μm、且带有间距为18.6nm(等于一个hj@c64nt分子瓦加上连接21bp的长度，即(32+21)bp×0.34＝18.0nm)的近乎垂直于单层dna阵列长轴的平行线条，平行线条来源于afm探针感受到了粘性末端杂交的区域(平行线条的宽度约5bp×0.34＝1.7nm，其长度则是dna阵列的宽度)。平行线条与dna双螺旋链轴的夹角为830。标尺为1微米，在与dna阵列长径方向(dna双螺旋链轴向)夹角830度的方向上有间距18.2纳米的平行线段，暗线段代表粘性末端5nt杂交的区域。图3(a)示意图中a和b分别是两个不同序列的c64nt环，1至4代表与a环配对的线性单链，5至8代表与b环配对的线性单链，dna序列和粘性末端的配对分别对应于图3(a)示意图。序列(序列的写法从左到右为5’至3’，“x环”则代表5’和3’头尾共价偶联的dna环)为：
a环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctg
b环:ctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctat
1：gactgcgtgtcaatgctcaccgatca
2：gtagcgccgttagtggatgtcaccag
3：ggtgagcacagggcttggcatagacgctatcttcatcttattgacacg
4：gacatccagaatccgaccattgtgcgagttgacagagacgctaacggc
5:gctacatcatggtcggatggcctggt
6:cagtcgtgcgcacgcctgacgtgatc
7：gccatccggataggccatgcgaactatgatcacagctgagaccatgat
8：cgtcaggctacaggactagcataggccaggtcgtgcgaccgtgcgcac
实施例4cdao@c64nt-o(-o＝5个半螺旋圈)构成的26bp连接的2d阵列及其afm图
如图4所示，使用四条外悬10bp并附带6nt粘性末端的a和b两个不同序列的环构成的cdao@c64nt分子瓦用26bp(-o＝5个半螺旋圈)连接起来形成二维结构，a和b环的螺旋方向相反，相同类型的分子瓦但相邻的环用不同的旋转方向(即波纹面设计)构建平面时，相邻分子瓦的正负曲面曲率中和了，它们能够构成更大的平面，有效提高实验的成功率与产率。
实验步骤同实施例3。
两个分子瓦之间的连接链长度为26bp(2.5个螺距)，两个末端分别带有6个碱基的粘性末端的交叉杂交组合构建了二维平面结构。其对应的afm图展示了一条高约1.2nm、宽约700nm、长约5μm、且带有间距为19.7nm(等于一个hj@c64nt分子瓦加上连接26bp的长度，即(32+26)bp×0.34＝19.7nm)的近乎垂直于单层dna阵列长轴的平行线段，平行线段来源于afm探针感受到了粘性末端杂交的区域(平行线条的宽度约6bp×0.34＝2.1nm，其长度则是dna阵列的宽度)，平行线段与dna双链轴垂直。a和b环的序列与图3一样，只标出一个a和b环中的数字指代标识，未标识的a和b单元结构可进行平移重合操作得到(以后的示意图遵循这里的说明)，其他序列的配对对应图4(a)的示意图，序列为：
a环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctg
b环:ctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctat
1：gactgcgtgtcaatgctcaccgatca
2：gtagcgccgttagtggatgtcaccag
9：ctgacgtgatcggtgacagggcttggcatagacgctatcttcatcttagcattgacac
10：gatggcctggtgacatgaatccgaccattgtgcgagttgacagagacgccactaacgg
11：gccatccgtcgatacggcaccatgat
12：cgtcaggctgctgtggtcgtgcgcac
13：cgctacatcatggtgcgataggccatgcgaactatgatcacagctgagcgtatcgacg
14：gcagtcgtgcgcacgatacaggactagcataggccaggtcgtgcgaccccacagcagc
实施例5非对称cdao@c64nt-e(-e＝4)构成的21bp线性连接的纳米环和螺旋线及其afm图
如图5所示，不对称ahj@c64nt的结构(a)是在c64nt的上边多出两对碱基(一个端头多一对碱基)、下边少两对碱基(一个端头少一对碱基)构成的。非对称acdao@c64nt分子瓦(图5(b)左)是在非对称的ahj@c64nt分子瓦的两端分别构建一个hj得到，对称cdao@c64nt分子瓦间的交叉连接构建成规整的2ddna纳米结构，非对称acdao@c64nt分子瓦只能线性连接构建成具有一定曲率的dna纳米圆和曲线结构(图5(b)右)，acdao@c64nt的一边长17×2＝34bp、另一边长15×2＝30bp，采用21bp(-e＝4个半螺旋圈)线性连接(即长边对长边、短边对短边)得到了宽为5.0nm(两根并排的dna双螺旋)的纳米圆和纳米螺旋线，从图5(c)的afm图可以看出，高度为1纳米的单层dna纳米环的半径在50-100纳米，螺旋线的最小曲率半径为36nm(约为将cdao@c64nt认为是一个完全刚性结构所形成的曲率半径的两倍)，螺旋线的平均曲率半径约50nm。绝大部分螺旋线在一圈内被中断，较少螺旋线曲率半径会大于200纳米，同一螺旋线有正负曲率的是由于交界处的双螺旋发生了1800的扭转。
实验步骤同实施例3。
a环的序列与图3的a相同，其他序列的配对对应图5(b)左边的示意图，粘性末端的配对由序列2和3的5’和3’端分别对应进行，序列为：
a环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctg
15：tcaccgactgcgtgtcaatgcgatca
16：gtagcgccgttagtgg
17：gcattgaccagggcttggcataggcgctatcttcatcttaacgcagtc
18：ggtgaccactaaccggaatccgaccattgtacgagttgacagagaggcgctactgatc
实施例6无悬挂链的thj@c84nt分子瓦
如图6所示，中间无缝且头对头连接的两等腰三角形的黑色多边形线条为共价连接的c84nt的dna小环，深灰色的两条线性dna链在c84nt小环中间形成一个hj并分别与c84nt的每边配对16nt，两条淡灰色短链与c84nt两端各多出的10nt单链配对形成稳定无悬挂链的thj@c84nt分子瓦。换句说法就是thj@c84nt就是将小环c84nt变为两个等腰三角形，共用一个顶点，三角形的底边长10bp，腰长16bp。图6使用了直线段和箭头来代表dna链及其方向，简单的三角形和连接线段的表示利于理解后续图7中的thj@c84nt结构和图8中形成2d结构的组装。
实验步骤同实施例2。
实施例7构建成的分子瓦的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(page)图
如图7所示的非变性凝胶电泳图，上面的数字代表样品1至9，9为dnamarker(标准dna分子链长度的条带)，1-8列对应的白色条带标示了几条单链dna杂交后形成的稳定的复合单分子或者高分子经非变性凝胶电泳后所在位置，白色条带下面画上了对应的dna杂交形式，从左到右的样品分别为：1)64碱基小环与其互补直链杂交而成的双链，是用于对照的条带；2)稳定分子瓦hj@c64nt；3)非对称的稳定分子瓦ahj@c64nt；4)hj@c64nt中端头的两切刻口分别位于中心对称且距离hj8个碱基的地方，两条直链与c64nt杂交形成高分子纳米线，条带在电泳入口处，表明分子量极大，是用于对照的条带；5)84nt环与与其互补直链杂交而成的双链，是用于对照的条带；6)类似于hj@c64nt结构的hj@c84nt分子瓦,两条直链在c84nt环几何重心处构成hj后平分c84nt且两切刻口位于c84nt的两个端头，电泳入口处的条带和hj@c84nt条带附近的一些模糊条带表明有其他杂交杂质，是用于对照的条带；7)稳定分子瓦thj@c84nt；8)hj@c84nt中与84nt环杂交的两条直链的切刻口分别位于中心对称且距离hj10个碱基的地方，两条直链与c84nt杂交形成高分子纳米线，条带在电泳入口处，表明分子量极大，是用于对照的条带；9)dnamarker分别为500,400,300,200,150,100,75,50,25bp。
实施例8thj@c84nt-e(-e＝4)构成的21bp连接的2d阵列及其afm图
如图8(a)所示，图6中无悬挂链的thj@c84nt分子瓦中的深灰色与淡灰色的线性单链分别在两三角形底边的4个顶点形成三臂结后伸出，对应的单链分别配对8nt后留出5nt或者配对10nt后留出6nt的单链粘性末端，两个thj@c84nt用21bp连接得到2d阵列，其对应的afm图(图8(b))展示了多条纳米管，高约2纳米、宽约150至250纳米、长5至10微米，打开的纳米管的晶格为平行四边形：边长17.5纳米，与理论值(32+21)×0.34＝18.0纳米相近，锐角夹角为730。thj@c84nt分子瓦的连接臂是由21bp(-e＝4个半螺旋圈)的单根双链构成的，每个thj@c84nt分子瓦的旋转方向一致，thj@c84nt分子瓦的曲面构型决定了其阵列容易形成纳米管，由于连接臂为单根双链，纳米管容易被afm探针扫描时破碎。
实验步骤同实施例3。
图8(a)示意图中c和d分别是两个不同序列的c84nt环，其他序列的配对对应图8(a)示意图，序列为：
c环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattctcaactcgtattctcaactcgtattctcaactcgtctctgccctgacttcta
d环:aggtagcctggagcatagaggcattggctggcccagcccttgaagatgaagatcgtttgatgttcctaacgtaccaagcacgg
19：gactgcgtgtcaatagaagtcagtgcgatca
20：gtagcgccgttagtacgagttgatgcaccag
21：tgacgtgatcgcaggcagagacgagttgacgctatcttcatcttattgacacg
22：atggcctggtgcagaatccgaccattgtggaatacgagttgagaactaacggc
23：gctacatcatggtccgtgcgttgatcgacgg
24：cagtcgtgcgccacaagggctggcagcagcc
25：gccatccgtcgatgtacgttaggaacatcatgctccaggctacctaccatgat
26：cgtcaggctgctggccagccaatgcctctaaacgatcttcatctttggcgcac。
实施例9thj@c84nt-o(-o＝5)构成的26bp连接的2d阵列及其afm图
如图9所示，两个thj@c84nt用26bp(-o＝5个半螺旋圈)连接，其对应的afm图展示了较大平面的单层和迭起的两层结构，也有两层的纳米管结构，单层厚度1纳米，双层厚度2纳米；结构中菱形的边长测量为19纳米，与理论值(32+26)×0.34＝19.7纳米相近，夹角约830。
实验步骤同实施例3。
图9(a)示意图中c和d环的序列分别与图8相同，其他序列和粘性末端的配对对应图9(a)的示意图，序列为：
c环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattctcaactcgtattctcaactcgtattctcaactcgtctctgccctgacttcta
d环:aggtagcctggagcatagaggcattggctggcccagcccttgaagatgaagatcgtttgatgttcctaacgtaccaagcacgg
27：gactgcgtgtcaatgctagaagtcagtcaccgatca
28：gtagcgccgttagtggtacgagttgaatgtcaccag
29：ctgacgtgatcggtgaggcagagacgagttgacgctatcttcatcttagcattgacac
30：gatggcctggtgacatgaatccgaccattgtggaatacgagttgagaaccactaacgg
31：gccatccgtcgatacgccgtgcgttggcaccatgat
32：cgtcaggctgctgtggcaagggctggtcgtgcgcac
33：cgctacatcatggtgcgtacgttaggaacatcatgctccaggctacctcgtatcgacg
34：gcagtcgtgcgcacgagccagccaatgcctctaaacgatcttcatcttccacagcagc。
实施例10pdae@c128nt和pdae-10bp@c128nt分子瓦
如图10所示，将c128nt折成四行并排且邻近行反平行的“工”字结构，类似两个dae(e＝6)结构共价偶联并排在一起的，故命名为pdae@c128nt(p表示parallel)，实验过程中，发现pdae@c128nt按照21和26bp的连接所产生的纳米结构产率较低，我们在其几何重心增加中间两条辅助直链10bp的连接即得pdae-10bp@c128nt分子瓦，以利于该类分子瓦的松弛和进行结构的调整，pdae-10bp@c128nt分子瓦结构示意图如图11所示。
实施例11pdae@c128nt-e(-e＝4)由21bp连接的2d阵列及其afm图
如图12所示，一个pdae@c128nt分子瓦的左右两边各有两对dae粘性末端，也就是前述的cdao@c64nt粘性末端的两倍，类比于cdao@c64nt-e的连接，将pdae@c128nt左右两边的两对dae粘性末端交叉连接，连接距离为21bp(-e＝4个半螺旋圈)，得到所有小环旋转方向相同的单层2ddna阵列：高1纳米、宽200至400纳米、长0.5至1微米，在垂直于dna阵列长径方向上有间距周期为18.0纳米的平行线段。e为128个碱基的dna小环，其他序列和粘性末端的配对对应图12的示意图，序列为：
e
环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctgctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctatc
35：ccatcccacgagaatgcgttcgtagc
36：ggctacagtctcaaac
37：gaacgcatcgctatcttcatcttagataggccatgcgaacctgtagcctgacg
38：gcagtgtttgagagccaggtcgtgcgaccgaatccgaccattgtgtctcgtgg
39：actgcagtgtgaaagctcttacgtca
40：ctagtagtgtaatggt
41：taagagctcgagttgacagagacgtacaggactagcatagactactaggctac
42：gatggaccattactatgatcacagctgagcagggcttggcatagattcacact。
实施例12pdae@c128nt-o(-o＝5)分子瓦26bp连接的2d阵列及其afm图
如图13所示，一个pdae@c128nt分子瓦的左右两边各有两对dae粘性末端，使用26bp(-o＝5个半螺旋圈)的连接，左右相邻的pdae@c128nt分子瓦的旋转方向相反，两对dae粘性末端交叉连接，得到单层2ddna阵列：高1纳米、宽300至600纳米、长0.8至1.5微米，在垂直于dna阵列长径方向上有间距周期为19.5纳米的平行线段。e的序列与图11一样，其他序列和粘性末端的配对对应图13的示意图，序列为：
e
环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctgctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctatc
43：tgcgccacgagatcaactatgcgttctccg
44：ggctacagactaattctcaaac
45：gaacgcatagtcgctatcttcatcttagataggccatgcgaacagtctgtagccgtga
46：ggctgtttgagaattgccaggtcgtgcgaccgaatccgaccattgtgtgatctcgtgg
47：taagagctgaacgagttgacagagacgtacaggactagcatagaggactactagtcac
48：agccaccattaccaatatgatcacagctgagcagggcttggcatagaggtttcacact
49：cgcaagtgtgaaaccttcagctcttacgga
50：ctagtagtcctttggtaatggt。
实施例13pdae-10bp@c128nt-e(-e＝4)分子瓦21bp连接的2d阵列及其afm图
如图14所示，一个pdae-10bp@c128nt分子瓦的左右两边各有类似于pdae@c128nt的两对粘性末端，使用21bp的连接(-e＝4个半螺旋圈)时，所有pdae-10bp@c128nt分子瓦的旋转方向相同，pdae-10bp@c128nt-e左右两边的两对粘性末端交叉连接，得到单层2ddna阵列：高1纳米、宽200至400纳米、长0.6至1.6微米，晶格单元为菱形，边长为21.5纳米，锐角夹角约为60度。e的序列与图11一样，其他序列和粘性末端的配对对应图14的示意图，序列为：
e
环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctgctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctatc
51：ccatcccacgagaatgcgttcgtagc
52：ggctacagtctcaaac
53：gaacgcatcgctatcttcatcttagataggccatgcgaacctgtagcctgacg
54：gcagtgtttgagagccaggtcgtgcgaccgtcatacgacgaatccgaccattgtgtctcgtgg
55：actgcagtgtgaaagctcttacgtca
56：ctagtagtgtaatggt
57：taagagctcgagttgacagagacggtcgtatgactacaggactagcatagactactaggctac58：gatggaccattactatgatcacagctgagcagggcttggcatagattcacact。
实施例14pdae-10bp@c128nt-o(-o＝5)分子瓦26bp连接的2d阵列及其afm图
如图15所示，一个tdae-10bp@c128nt分子瓦的左右两边各有两对粘性末端，使用26bp的连接(-o＝5个半螺旋圈)时，左右相邻的tdae-10bp@c128nt分子瓦的旋转方向相反，两对粘性末端交叉连接，得到单层2ddna阵列：高1纳米、宽200至800纳米、长0.6至3微米，晶格单元为菱形，边长为23.0纳米，锐角夹角为60度。e的序列与图11一样，其他序列和粘性末端的配对对应图15的示意图，序列为：
e
环:taagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgccaagccctgctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctatc
59：tgcgccacgagatcaactatgcgttctccg
60：ggctacagactaattctcaaac
61：gaacgcatagtcgctatcttcatcttagataggccatgcgaacagtctgtagccgtga
62：ggctgtttgagaattgccaggtcgtgcgaccgtcatacgacgaatccgaccattgtgtgatctcgtgg
63：taagagctgaacgagttgacagagacggtcgtatgactacaggactagcatagaggactactagtcac
64：agccaccattaccaatatgatcacagctgagcagggcttggcatagaggtttcacact
65：cgcaagtgtgaaaccttcagctcttacgga
66：ctagtagtcctttggtaatggt。
实施例155hj@c64nt分子瓦
如图16所示，为了构建3d结构，我们将图16(a)左边c64nt序列的上下两边四等分处分别构建“半个hj”，每一个线段为8bp，中间的两个“半个hj”在分子瓦内自己连接成为一个整体hj，另四个“半个hj”因与外部的分子瓦对应的“半个hj”分别构建整体hj，按照一个分子瓦共构建了5个不同的hj的概念进行理解，即得5hj@c64nt手性分子瓦(这里的5hj@c64nt分子瓦实际上不是独立的稳定分子复合体，它只是dna阵列结构中基本结构单元所包括的具体内容，即包括dna分子的序列、数量和在空间按一定方式排列的结构单元(类似于晶体学中定义的结构基元的概念)，几何重心处的一个hj位于xy平面，另外四个hj被分类为对称于几何重心四等分碱基数目的两对hj；在该发明构建的3d核酸纳米结构中，这两对hj结直接连接z方向的相邻两层分子瓦，因为这两对hj的热力学稳定的形式是x形状交叉堆积的b-z变换(b-zswitchingjunctionofx-stacking)的hj，故特命名为b-zsjx，每对的两个结属同一种b-zsjx，指向z轴的同一个方向，但两对分别指向z轴的不同方向。在实际构建3d的纳米结构中，可以取消对称于几何重心的一对b-zsjx并使该位点连成线性双链，从而将5hj@c64nt变成3hj@c64nt分子瓦，3hj@c64nt分子瓦只能在z轴方向的最外层，即3d阵列的最上面和最下面的一层，它控制该类分子瓦构成的dna纳米结构的层数。图16(a)中左边的序列可以用右边的b-5hj@c64nt或者z-5hj@c64nt两种构象分子瓦模型来表达，使用内实心圆柱和外包空心圆柱来表达dna双螺旋，该模型将c64nt单链环画为内实心圆柱、将辅助直链画为外包空心圆柱，按照学术界普遍接受的水溶液中dna双螺旋的直径为2.6纳米的圆柱体作图，内实心圆柱的直径为1.3纳米，外包空心圆柱的外壳厚度为0.65纳米，由于dna阵列的组装对称性和周期性，可以假定b-5hj@c64nt和z-5hj@c64nt这对对映体具有同样的几何尺寸和镜像形状，该分子瓦模型的尺寸是在水溶液中的，单位为纳米，由于dna在溶液中为软物质弹性体，分子瓦节点的位置和每对碱基的位置可在亚纳米尺度范围内微扰。在该发明设计的3hj@c64nt和5hj@c64nt分子瓦构建的3d纳米结构中，b-zsjx的理想结构只有图示的b-zsjx1如图16(b)和b-zsjx2图16(c)两种模式，图示中粗的圆柱线代表双螺旋结构，b-dna和z-dna代表右手和左手双螺旋结构，实线箭头代表环dna支架链的方向，虚弯线箭头代表缠绕的辅助dna直链的方向。
图16序列(-代表必须与另外的dna连接)
f环：ccgtatctgctcaactgtctctgccttaggctggtaacacgcgatagaagtagaatgtcccgaa
67:ttcgggac-
68:-attctactagttgagc-
69:-gcagagactctatcgc-
70:-gtgttacc
71:agcctaag-
72:-agatacgg
实施例16两层分子瓦以600排列的3ddna阵列无限结构
如图17(a)所示，从左至右分别为1和2层分子瓦的命名(1层b-3hj@c64nt、2层z-3hj@c64nt)、两分子瓦及其排布的示意图、序列及其连接(每个分子瓦中间的两条紧挨的竖平行线代表一个hj，每层的分子瓦序列相同并具有同层平移对称性，b-3hj@c64nt和z-3hj@c64nt之间分别在右边离中间hj8bp的位点有两条紧挨的平行线代表一个b-zsjx1结连接，两分子瓦分别在左边离中间hj8bp的位点有朝上和朝下的两条紧挨的但齐头断开的平行线，两条紧挨的断开平行线代表“半个hj”或者“半个b-zsjx1”，各将与邻近层的另一未画出的分子瓦的“半个hj”按方形和正置三角形对应连接构成一个b-zsjx1)、两层分子瓦以约600排列的无限结构示意图、和实测的afm图，第1层(上层)的b-3hj@c64nt分子瓦和第2层(下层)的z-3hj@c64nt分子瓦以600夹角排列组装得到该两层3ddna阵列，上、下层通过b-zsjx1结连接。图17中序列的连接代表每一个上层的b-3hj@c64nt分子瓦使用一对即两个b-zsjx1分别连接下层近邻的两个z-3hj@c64nt分子瓦,同理,每一个下层的z-3hj@c64nt分子瓦使用b-zsjx1分别连接上层近邻的两个b-3hj@c64nt分子瓦,其中的一个b-zsjx1通过序列中右边的直接连接(75和76两个序列)显示出来，另一个b-zsjx1则使用序列图中断开的73和74两个序列表示出来。由于是3d结构，73和74两个序列中断开的δ和
两层无限结构由六条dna链构成，两个c64nt环、两条长辅助链、两条短辅助链：
g环：aagccctgtaagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgcc
h环：ggcctatcctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcat
73：gataggcccagggctt
74：ggcatagacgagttgatcatcttaatgcgaaccagctgaggataggcc
75：ccattgtgcgctatctcagagacgtatgatcagccaggtcgtgcgacc
76：tagcataggaatccga
图17(b)是该三维两层dna阵列溶液随温度变化的cd谱，将溶液中dna的浓度归一化到单个分子瓦的浓度1.0μm，室温时cd谱显示了较奇怪的外消旋和右手螺旋dna的特性(260纳米处低强度的负峰和290纳米处低强度的正峰),40℃和50℃的cd谱显示了典型的左手螺旋dna的特征(250-260纳米处的正峰和275-295纳米处的负峰是左手螺旋dna的典型特征),60℃时变为绝大部分的游离单链和少量的右手螺旋dna的特征(220-320纳米处cd谱显示为接近强度为0的一条直线)。
制备该3ddna阵列的实验步骤如下：将构成两层3ddna阵列无限结构的b-3hj@c64nt和z-3hj@c64nt的所有序列混合在40mmmg(ac)2的1×tae(40mmtris,40mmhac,1mmedta,ph＝8.0)溶液中，按等摩尔配比的每条dna链的最终浓度可以为50至500nm区间范围的任一值，总体积可为20至200μl的任一值，降温过程采用前述的一锅法制得该两层3ddna阵列无限结构。
实施例17三层分子瓦分别以60°排列的3ddna阵列无限结构
如图18(a)所示，从左至右分别为1、2、3层分子瓦的命名(1层b-3hj@c64nt、2层z-5hj@c64nt、3层b-3hj@c64nt)、三个分子瓦及其排布的示意图、序列及其连接、和实测的afm图，需要补加说明的是在序列的连接图中，每个分子瓦的中间有一个hj，右边直接连接的第一层与第二层的b－zsjx－1(80和81两个序列)和第二层与第三层的b－zsjx－2(80和82两个序列)使用紧挨的两条平行线表达出来，而左边的分子瓦与未画出的邻近分子瓦的连接则使用实心符号正置三角、倒置三角、正方形和圆来代表对应位点的连接，图中序列77通过相同符号正置三角的连接直接读出、序列78通过相同符号正方形的连接和圆的连接而成为一个序列整体直接读出、序列79通过相同符号倒置三角的连接直接读出。三层分子瓦以60°排列的无限结构特征为：第1层(上层)的b-3hj@c64nt分子瓦和第2层(中层)的z-5hj@c64nt分子瓦以60°夹角排列、第2层的z-5hj@c64nt和第3层(下层)的b-3hj@c64nt分子瓦以60°夹角排列、第3层与第1层在xy平面投影重叠、b-zsjx-1连接第1和第2层、b-zsjx-2连接第2和第3层。序列的连接代表每一个第1层的b-3hj@c64nt分子瓦使用两个b-zsjx-1连接第2层邻近的两个z-5hj@c64nt分子瓦；同理,每一个第2层的z-5hj@c64nt以另一对两个b-zsjx-2连接第3层近邻的两个b-3hj@c64nt分子瓦。afm图显示了三层3ddna的阵列，其与理论模型排布得到的尺寸符合，能清楚看到相邻两层以约60°相互交叉，晶胞为菱形，晶胞参数为：边长10.6纳米、锐角夹角60°、高6.0纳米。
三层无限结构由九条dna链构成，三个c64nt环、两条长辅助链、四条短辅助链：
g环：aagccctgtaagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgcc
i环：ctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcatggcctatc
j环：ctgttggattctaatccggatctctgtatggcaagtcaatttagtggattgcgaaccacataga
77:gataggcccagggct
78:ggcatagacgagttgatcatcttaatgcgaactacaggacgttcgcaagattagaatccaacag
79:tctatgtgtagcatag
80:ccattgtgcgctatctcagagacgcagctgaggccaggtcgagatccgtccactaaattgactt
81:tatgatcagaatccga
82:gccatacagtgcgacc
图18(b)是该3d三层dna阵列溶液在室温时的cd谱，溶液中dna浓度归一化到单个分子瓦的浓度为1.5μm，室温时cd谱显示微弱的右手螺旋dna的特征(波长250纳米处的较弱负峰和280纳米处的较弱正峰是右手螺旋dna的特征)，这是由于三层结构中有两层b-dna和一层z-dna，总体效应相当于单层b-dna的cd谱(即相当于单个右手螺旋分子瓦的浓度为0.5μm时的cd谱)。
实验步骤同实施例16。
实施例18四层分子瓦分别以约60°排列的3ddna阵列无限结构
如图19(a)所示，从左至右分别为1、2、3、4层分子瓦的命名(1层b-3hj@c64nt、2层z-5hj@c64nt、3层b-5hj@c64nt、4层z-3hj@c64nt)、四个分子瓦及其排布的示意图、序列及其连接、和实测的afm图，需要补加说明的为了让各hj连接看得更清楚，在“序列及其连接”中采用了与图17和18的两层和三层60°排列的3ddna阵列无限结构中的图示不同的表达方法，将第一层、第二层与第四层的同一结构但不同个体的相邻两个分子瓦画出，且只强调了hj交叉连接的半边辅助链、省略了另半边的辅助链。四层分子瓦以60°排列的无限结构特征为：第1层的b-3hj@c64nt分子瓦与第2层的z-5hj@c64nt分子瓦以约60°夹角排列、第2层的z-5hj@c64nt和第3层的b-5hj@c64nt分子瓦以约60°夹角排列、第3层与第4层以约60°夹角排列、第1层和第3层在xy平面投影大致重叠、第2层和第4层在xy平面的投影也大致重叠、但层之间的连接结则交替为b-zsjx-1和b-zsjx-2,连接第1和第2层以及第3和第4层是b-zsjx-1结、连接第2和第3层的是b-zsjx-2。序列的连接图代表每一个第1层的b-3hj@c64nt分子瓦使用一对两个b-zsjx-1连接第2层近邻的两个z-5hj@c64nt分子瓦；同理,每一个第2层的z-5hj@c64nt还以另一对两个b-zsjx-2连接第3层两个近邻的b-5hj@c64nt分子瓦；每一个第3层的b-5hj@c64nt还以另一对两个b-zsjx-1连接第4层近邻的两个z-3hj@c64nt分子瓦。afm图显示了四层3ddna的阵列，其与理论模型排布得到的尺寸符合，能清楚看到相邻两层以约60°相互交叉，晶胞为菱形，晶胞参数为：边长10.6纳米、锐角夹角60°、高8.0纳米。
三层无限结构由十二条dna链构成，四个c64nt环、两条长辅助链、六条短辅助链：
g环：aagccctgtaagatgaagatagcgcacaatggtcggattccgtctctgtcaactcgtctatgcc
k环：ggcctatcctcagctgtgatcatactatgctagtcctgtaggtcgcacgacctggcgttcgcat
l环：ttgatgttaggtagcctggagcatagaggcattggctggcccagccctgtaagatgaagatcgt
m环：cgtattctcctaacgtaccaacgcacggcgaagctttccgtattctacttctatgaccagactt
83:ggcatagagataggc
84:atgcgaacaacatca
85:acgatcttagaatacg
86:aagtctggtcatagaaacgttagcatcttacggctaccgccaggtccagctgagcgagttgtcatcttacagggctt
87:ccattgtgtacagga
88:tagcataggccagcca
89:atgcctctcggaaagc
90:ttcgccgtgcgttggtgtagaataatgctccaagggctggtatgatcagtgcgacccgctatctcagagacggaatccga
图19(b)是该三维四层dna阵列溶液在室温时的cd谱，溶液中dna浓度归一化到单个分子瓦的浓度为2.0μm，室温时cd谱显示更加微弱的右手螺旋dna的特征(波长250纳米处的微弱负峰和280纳米处的微弱正峰(低于图18(b)强度的一半以上)是右手螺旋dna的特征)，这是由于四层结构中有两层b-dna和两层z-dna，总体效应为外消旋，但dna的自组装不可能达到100％的产率，总是有剩余的没有参加组装的右手螺旋dna，从cd谱来看，外消旋dna所占的比例约为总体dna的60-80％。
实验步骤同实施例16。
实施例19x方向限定三个分子瓦长径的宽度的两层平行排列3ddna阵列结构
如图20所示，x方向限定三个分子瓦长径的宽度、z方向两层b-3hj@c64nt分子瓦、y方向上无限生长的平行结构，这里的平行结构特指所有b-3hj@c64nt分子瓦都平行于x轴，同一层之间线性排列的分子瓦靠1至4个碱基的粘性末端进行连接，z方向上相邻两层依靠打开的hj结进行交叉连接。序列的排列和配对使用cadnano程序(http://cadnano.org/)，如图20(a)灰度图所示，左边圆圈里的数值代表网格中横向排列的从0到9根双螺旋，上面的数值5、8、37、41、69、73、103、和106代表网格中纵列的碱基坐标排序(第一个纵列排序为0)，64a1至64a6代表6个不同序列的c64nt环，其他带有正方形黑点起点和箭头终点的回折线段代表辅助单链，辅助单链的命名从正方形黑点起点的坐标至箭头终点的坐标，对应的序列列在下面。
64a1环ctgttggattctaatccggatctctgtatggcaagtcaatttagtggattgcgaaccacataga
64a2环tagtcgtgatctatgctagactaactagaatcaggcgatgtggaatgaatttgagtctggtacg
64a3环ttggtacacctaattagtatcttagctagactgatattcgtgtagcgtccaacgaggatggatt
64a4环tgtactaatcggatggcggctggcccgtgtcctagcgtcccacgatcgtctggtagggccggcc
64a5环aatagggccttgcagacctctggtgtaatctacgatcgcatcggagacggtattgagtcatgaa
64a6环agatcgttcaatttactactcgtctagttctgcgaggcaatgtggagcccatccaagcctcatc
3[5]-4[5]:ttttccactaaactcaaatttt
5[5]-2[5]:ttttcattccacatcgcctcgtaccagattgactttctatgtggttcgcaattt
2[41]-1[37]:ttagaattagtctacg
0[41]-3[37]:atagatcacgactagattctagtccaacaggccatacagagatccgac
3[38]-4[42]:gctacactaccagagc
5[38]-2[42]:atcgtgggacgctaggccggcccgaatatcaatccatcctcgttggga
2[73]-1[69]:attagggccagccggc
0[73]-3[69]:atccgattagtacaggacacggtgtaccaaagtctagctaagatacgt
3[70]-4[74]:ctccgattggatggcc
5[70]-2[74]:tccacattgcctcggatgaggctgcgatcgttcatgactcaataccta
2[106]-1[106]:ttttctgcaaggacgagtattt
0[106]-3[106]:tttgtaaattgaacgatctcagaactagccctatttagattacaccagaggttt
图20(b)的afm图得到了与设计符合的b-dna型的纳米带，宽约10nm、平行线间距8.0纳米、高2nm、长60～160nm等不同长度的结构。3hj@c64nt长轴的平行线与纳米带长径的夹角为62°，纳米带的长度在40至120纳米范围内。
图20(c)是该两层平行排列dna阵列溶液室温时的cd谱，溶液中dna浓度归一化到单个分子瓦的浓度为0.2μm，cd谱显示了右手螺旋dna的特征(波长250纳米处的负峰和280纳米处的正峰是右手螺旋dna的特征)，这是由于平行排列的两层结构都是b-dna层，总体效应相当于两层b-dna的cd谱。
实验步骤同实施例16。
实施例20x方向限定三个分子瓦长径的宽度的两层60°排列3ddna阵列结构
图21所示为x方向限定三个分子瓦长径的宽度、z方向两层3hj@c64nt分子瓦(分别呈b-和z-dna构象)、y方向上无限生长的60°交叉排布的无限结构。连接上下两层分子瓦的hj是b-zsjx1。图21(a)灰度图的说明同实施例19中图20(a)，对应的序列列在下面。
64a1环ctgttggattctaatccggatctctgtatggcaagtcaatttagtggattgcgaaccacataga
64a2环tagtcgtgatctatgctagactaactagaatcaggcgatgtggaatgaatttgagtctggtacg
64a3环ttggtacacctaattagtatcttagctagactgatattcgtgtagcgtccaacgaggatggatt
64a4环tgtactaatcggatggcggctggcccgtgtcctagcgtcccacgatcgtctggtagggccggcc
64a5环aatagggccttgcagacctctggtgtaatctacgatcgcatcggagacggtattgagtcatgaa
64a6环agatcgttcaatttactactcgtctagttctgcgaggcaatgtggagcccatccaagcctcatc
6[42]-1[68]:acctctgcaagttagt
6[10]-1[36]:agaccatccgagagat
6[10]-1[36]:agaccatccgagagat
3[101]-8[75]:gtagctccacactcgt
3[69]-8[43]:agggtctccgaactca
6[74]-1[107]:tgggtaaattgtaagatactttt
3[37]-8[4]:ccgcgatcgtggttcgcaatttt
0[74]-3[68]:tgggcatagatcacgactagattctaggccctatttagattacaccag
5[37]-2[43]:ccgtcattccacatcgcctcgtaccagtgcgatcgttcatgactcaat
4[42]-7[36]:aatgattagaatccaacaggccatacattagtacaggacacgggccag
5[69]-2[75]:ctaacgctacacgaatatcaatccatcttgcctcggatgaggcttgga
0[107]-3[100]:tttttaattaggtgtaccaaagtctagcaacgatctcagaactagacga
5[4]-2[11]:tttttccactaaattgactttctatgtgggacgctaggccggccctacc
图21(b)的afm图测到了与设计符合的纳米带，宽约10.4nm、高4nm。相邻两层(b-和z-层dna)分子瓦的长轴以54°相互交叉，图中上层为b-3hj@c64nt分子瓦，其长轴的平行线与纳米带长径的夹角为54°，而下面的b-3hj@c64nt分子瓦长轴的平行线与纳米带长径方向平行，纳米带的长度在200至800纳米范围内，以3hj@c64nt长轴为平行线的间距为8.4纳米。
图21(c)是该两层60°排列的3ddna阵列的溶液室温时的cd谱，溶液中dna浓度归一化到单个分子瓦的浓度为2.0μm，cd谱在波长250纳米处的微弱负峰和280纳米处的微弱正峰(低于图20(b)强度的一半以上)显示了剩余的没有参加组装的右手螺旋dna的特征；但300纳米处的微弱负峰显示了左手螺旋dna溶液的特征，这是由于60°排列的两层结构分别为b-dna和z-dna层，总体效应相当于外消旋dna溶液的cd谱。
实验步骤同实施例16。
实施例21x方向限定三个分子瓦长径的宽度的三层60°排列的3ddna阵列结构
如图22所示，x方向限定三个分子瓦长径的宽度、z方向三层dna双链高度、y方向上无限生长的60°交叉排布的无限结构。图22(a)灰度图的说明同实施例19中图20(a)，对应的序列列在下面。
64a1环ctgttggattctaatccggatctctgtatggcaagtcaatttagtggattgcgaaccacataga
64a2环tagtcgtgatctatgctagactaactagaatcaggcgatgtggaatgaatttgagtctggtacg
64a3环ttggtacacctaattagtatcttagctagactgatattcgtgtagcgtccaacgaggatggatt
64a5环aatagggccttgcagacctctggtgtaatctacgatcgcatcggagacggtattgagtcatgaa
64a6环agatcgttcaatttactactcgtctagttctgcgaggcaatgtggagcccatccaagcctcatc
64a7环cggacgctaacttcaatgactccgaccaggtcacctacgggaagccaccagtgaaacacagtta
64a8环tttagatactcaacaagacgctatacgccctcaggctaagatgaagtctgaccagtcgcaagtg
64a9环ttctacatcctaaacaacatctttcgagcactgatgtctcgacagcactcccagaagagaggac
64a10环gtggctcttctatgtgactctggaagctgtcttagcagggtacgactaccacccagtcgtaagt
6[65]-4[34]:tcatagcgtctaactg
4[65]-1[93]:gcgacgagtagattct
7[94]-3[125]:cgctgggtggtagatt
3[94]-0[66]:tattggatggcgtacc
3[126]-0[98]:actcaataccaatcca
4[33]-1[61]:tgcggagtcagccata
7[62]-3[93]:gtttctgggacagaac
6[97]-4[66]:gaaaagatgtgatgag
7[29]-3[61]:tttactggtcagacctg
6[130]-4[98]:ttttccagagtttcatg
3[62]-0[29]:gttttcactgtctatgtgttt
4[97]-1[130]:acaccagaggagtctagcttt
0[97]-6[66]:tcttagtctagcatagatcatcgcctgtaaattgttgcctcggtgctgtactgtagaagtcctc
1[62]-7[93]:caactcaaattcattccacacgactagctccacaaacgatcttgtttagggagacatcagtgct
1[29]-7[61]:tttgttcgcaatccactaatccaacaggtggcttcagcgtccgttgttgagcttagcctgagggc
0[130]-6[98]:ttttaagatactaattaggcgaatatctctgcaagtgcgatcgtagtcgtaagagccacacttac
0[65]-6[29]:aggagatccggattagaaattgacttttgaagttccgtaggtgacttcattaatctaaacacttgcgttt
1[94]-7[130]:agctcgttggacgctacatgtaccaagtctccgagccctattcacatagaccctgctaagacagctttt
图22(b)afm图测到了与设计符合的纳米带，宽约10.4nm、高6nm。相邻两层(b-和z-层dna)分子瓦的长轴以60°相互交叉，图中上层为b-3hj@c64nt分子瓦，其长轴的平行线与纳米带长径的夹角为60°；中层为z-5hj@c64nt，其长轴的平行线与纳米带长径平行，下层的b-3hj@c64nt分子瓦与上层的分子瓦在xy平面的投影重合，其长轴的平行线与纳米带长径方向的夹角为60°，纳米带的长度在200至600纳米范围内，以3hj@c64nt长轴为平行线的间距为9.0纳米。连接上中下三层分子瓦的分别是b-zsjx1是和b-zsjx2。
实验步骤同实施例16。
上述实施例中描述的分子瓦或核酸纳米结构的应用如下：
1、任意序列的b-zsjx和z-dna的制备和应用：已有技术制备生理条件存在下的任意序列的b-zsjx和z-dna非常困难，上述发明使得制备任意序列的b-zsjx和z-dna变得容易，上述的b-zsjx和b-、z-dna共存的分子和纳米结构或者经修饰后的上述结构在体外和体内的各种应用，包括但不限于b-zsjx和b-、z-dna共存的分子和纳米结构在动植物病、虫、害和人类疾病的诊断、预防、和治疗等领域的应用。
2、药物输送：上述dna分子构建的精细空间结构本身具有稳定性高、生物兼容性好、细胞毒性小等优点，其自身或者其容纳和携带的生物大分子和多种药物分子可以作为药物，包括但不限于在靶向递药和治疗上应用。
3、传感和物质检测：上述dna分子构建的精细空间结构可以用来检测金属离子、多种有机和无机小分子、生物大分子(如酶、核酸、蛋白)、微生物(如病毒、细菌、细胞)、以及各种疾病的靶标分子。基于dna纳米结构的可寻址性和微观可视化，可以将核酸适配体及其他功能分子嵌入或者修饰在其表面，构成可视化纳米芯片，包括但不限于在物质检测和信号传递上的应用。
4、精确定位修饰和放置分子和纳米粒：上述dna分子构建的精细空间排列结构可以作为支架，精确定位每个碱基的位置和坐标，并且利用各种化学键、生物特异性结合、物理吸附等修饰手段将功能分子、生物大分子、纳米团簇或纳米粒子等精确地控制到确定的碱基位置并由此生成的各种分子或纳米结构和器件及其潜在的应用。
5、纳米诊疗机器：根据上述dna纳米技术构建和开发智能的纳米诊疗机器，在极端复杂的人体内实现行走、诊断、靶向、和治疗一体化。
6、信息存储和计算：因dna计算具有高度并行性、移动性、高密度和低能耗，适用于大量信息的存储和并行处理。根据上述dna纳米技术而研究和开发的各种信息存储和计算，包括dna存储信息的安全问题如密钥搜索、信息加密、信息隐藏及认证等。
另外，本发明不限于上述实施方式，只要在不超出本发明的范围内，可以采取各种方式实施本发明。
序列表
<110>南京大学
<120>一种dna分子瓦或其核酸纳米结构及其应用
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