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第一篇DNA纳米技术基础3

第1章 以纳米的视角看DNA DNA纳米技术中的基本概念3

1.1纳米技术引论3

1.1.1纳米科技发展简史5

1.1.2纳米领域的“眼睛”和“手”7

1.1.3纳米领域的“砖瓦”9

1.2 DNA分子的化学与生物学17

1.2.1 DNA的微观结构19

1.2.2 DNA的分子操作22

第2章 用纳米的思维操纵DNA DNA纳米技术中的新思路31

2.1 DNA分子的成像和纳米操纵31

2.1.1单个DNA分子及其复合物的成像31

2.1.2单分子纳米操纵36

2.2 DNA分子自组装与DNA纳米结构45

2.2.1基于DNA自组装的纳米结构45

2.2.2 DNA纳米排布52

2.2.3 DNA纳米机器人55

2.2.4 DNA构造纳米图形展望56

第3章 以纳米的方式用DNA DNA纳米技术中的新应用65

3.1可以感知的DNA纳米技术DNA生物传感器与基因芯片65

3.1.1 DNA生物传感器65

3.1.2 DNA芯片69

3.1.3微流控芯片70

3.2可以计算的DNA纳米技术DNA分子逻辑门与计算机75

3.2.1基于DNA分子的逻辑门设计77

3.2.2基于DNA分子的计算80

3.3可以运动的DNA纳米技术DNA分子机器90

3.3.1链交换反应驱动的DNA马达90

3.3.2环境因素驱动的DNA马达96

3.3.3两类驱动方式的评价102

第二篇DNA纳米技术进阶107

第4章 功能DNA结构和生物传感器的设计与应用107

4.1核酸适配体生物传感器107

4.1.1核酸适配体组合筛选技术107

4.1.2模型核酸适配体109

4.1.3核酸适配体光学传感器110

4.1.4核酸适配体电化学传感器123

4.1.5核酸适配体比色传感器130

4.1.6其他类型核酸适配体传感器136

4.1.7核酸适配体生物传感器应用138

4.1.8结论与展望140

4.2基于水溶性共轭聚合物的核酸分子检测155

4.2.1水溶性共轭聚合物结构和性质156

4.2.2水溶性共轭聚合物的光学特性和传感机制158

4.2.3基于共轭聚合物的核酸生物传感器159

4.2.4结论与展望168

4.3基于DNA分子构型变化设计的电化学基因传感器173

4.3.1电化学DNA生物传感器的历史173

4.3.2 E-DNA传感器的构建174

4.3.3 E -DNA传感器的机理与优化178

4.3.4信号增益模式179

4.3.5相关研究进展183

4.3.6展望185

4.4基于细胞筛选的核酸适配体技术在癌症诊断和治疗中的应用190

4.4.1以活细胞为靶标的核酸适配体筛选技术191

4.4.2核酸适配体用于癌细胞的检测193

4.4.3基于核酸适配体的癌症标志物发现196

4.4.4核酸适配体用于癌症的靶向治疗198

4.4.5结论及展望200

4.5核酸适配体与核酶生物传感器203

4.5.1核酸适配体204

4.5.2核酶209

4.5.3基于功能DNA的生物传感器211

第5章 基于DNA分子的自组装纳米结构与应用232

5.1基于功能核酸的纳米材料定向组装及生物分析232

5.1.1功能核酸-纳米金颗粒分子组装在生物分析中的应用233

5.1.2磁性纳米颗粒的定向组装在生物分析中的应用241

5.1.3量子点的定向组装在生物检测中的应用243

5.1.4碳纳米材料的定向组装在生物分析中的应用245

5.1.5研究展望248

5.2 DNA自组装纳米结构及其应用254

5.2.1 tile自组装聚沙成塔255

5.2.2 DNA折纸术点石成金269

5.2.3 DNA纳米排布锦上添花280

5.2.4 DNA指导的化学反应290

5.3结构DNA纳米技术研究进展308

5.3.1二维DNA结构310

5.3.2三维DNA结构311

5.3.3 DNA自组装引导的纳米粒子二维结构316

5.3.4 DNA自组装引导的纳米粒子三维结构319

5.3.5 DNA自组装与微加工技术321

5.3.6挑战与展望322

5.4 DNA纳米自组装化学325

5.4.1用于组装DNA纳米结构的各种模块326

5.4.2一维DNA纳米结构331

5.4.3二维DNA纳米结构333

5.4.4三维DNA纳米结构337

5.4.5 DNA折纸术341

5.4.6 DNA辅助下的纳米组装与制造343

5.4.7结论和展望351

第6章 纳米尺度的DNA分子操纵与应用356

6.1 DNA“分子手术”356

6.1.1 DNA“分子手术”的基本工具及前期技术背景356

6.1.2 DNA“分子手术台”和“手术刀”357

6.1.3 DNA“分子手术”的若干基本操作358

6.1.4 DNA“分子手术”的后处理技术360

6.1.5 DNA“分子手术”当前面临的主要问题361

6.1.6展望362

6.2 DNA单分子力学363

6.2.1单分子力学实验技术364

6.2.2 DNA的单分子力学367

6.2.3小结383

6.3生物纳米通道在DNA分子检测方面的研究及应用385

6.3.1纳米孔道检测的背景386

6.3.2生物纳米孔道检测的工作原理389

6.3.3基于生物纳米孔道的检测方法和器件391

6.3.4生物纳米孔道用于DNA测序的研究进展392

6.3.5生物纳米孔道应用于DNA分子的形态研究394

6.3.6 DNA分子与生物纳米通道作用的理论研究396

6.3.7展望404

第7章DNA逻辑门和计算机的构建与应用409

7.1 DNA分子逻辑门409

7.1.1 DNA逻辑门411

7.1.2 DNA计算424

7.1.3生物检测426

7.1.4疾病治疗429

7.1.5展望431

7.2会玩游戏的DNA计算机436

7.2.1溶液中的医生437

7.2.2分子逻辑门438

7.2.3 可以玩二子棋的DNA443

7.2.4 MAYA-Ⅱ445

7.2.5 DNA计算机的未来445

第8章DNA分子机器447

8.1 DNA分子机器的设计与应用447

8.1.1 DNA分子机器的设计447

8.1.2 DNA分子机器的应用449

8.2从DNA自组装到DNA分子机器461

8.2.1 DNA纳米结构461

8.2.2 DNA等温复制机器468

8.2.3金属离子依赖型核酸酶实现DNA逻辑计算472

8.2.4结论与展望475

8.3 DNA分子机器从运动到功能477

8.3.1运动的DNA纳米机器477

8.3.2基于功能DNA的纳米机器483