[發明專利]鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構及其合成方法

在審

• 申請號: 201610063979.6
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105602949A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 陳瑞鵬;開明軒;崔妍;弭永利;魏迪明
• 申請（專利權）人: 同濟大學;清華大學
• 主分類號: C12N15/11
• 分類號: C12N15/11;C12N15/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

1.一種鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：是通過支架DNA達成鏈間交 換形成的具有可控大小和形狀的二維或三維核酸結構，該核酸結構包括一組通過鏈間交換 連接起來的平行雙螺旋和一段單鏈DNA，所述核酸結構由支架DNA通過折疊、鏈間交換并與 多條短鏈DNA進行特異性匹配，經由退火反應形成，每行雙螺旋所包含的核苷酸數可以相 同，單鏈DNA為支架DNA中未形成雙螺旋的部分。

2.根據權利要求1所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述支架 DNA包括M13mp18或其他指定序列的單鏈DNA；M13mp18為m13噬菌體基因組DNA中一個環狀單 鏈DNA分子，共含有7249個核苷酸，其序列如SEQIDNO1所示。

3.根據權利要求1所述的鏈間交換，其特征在于：在核酸結構每個雙螺旋間隔一定距離 處設置一對鏈交換位點，支架DNA的折疊路徑經由每一個雙螺旋的鏈交換位點處進入相鄰 雙螺旋相應位置的鏈交換位點，這種利用支架DNA將多個平行螺旋通過鏈交換位點對相連 接的行為即為鏈間交換；每行雙螺旋的鏈交換位點為2至500對，對同一行雙螺旋，相鄰的鏈 交換位點對間的距離即鏈交換周期為4至416個核苷酸。

4.根據權利要求1所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述核酸 結構為二維核酸結構，該二維核酸結構包含2至200行雙螺旋，一段長單鏈DNA和20至1000條 至少部分與支架DNA匹配的短鏈DNA；每行雙螺旋包含60至6000個核苷酸，鏈交換周期為4至 416；每條短鏈DNA的長度對同一結構可以相等且均小于400個核苷酸。對于單個核酸結構， 其包含的每條短鏈DNA是獨特的，僅在結構中出現一次；對于不同的核酸結構，短鏈DNA可以 相同。

5.根據權利要求4所述的鏈間交換由支架DNA達成的二維核酸結構，其特征在于：所述 二維核酸結構為方形、多邊形或其他在支架DNA的長度限制內形成的規則或不規則的二維 圖形；二維核酸結構的不同形狀通過改變支架DNA的折疊路徑和短鏈DNA的匹配位置達成。

6.根據權利要求1所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述核酸 結構為多層核酸組成的三維立體結構，包含一段長單鏈DNA和20至1000條至少部分與支架 DNA匹配的短鏈DNA，2至100層雙螺旋，每層螺旋包含的螺旋數為2至100行，每行螺旋包含60 至3000個核苷酸，鏈交換周期為4至416，每條短鏈DNA的長度對同一結構可以相等且均小于 200個核苷酸；對于單個核酸結構，其包含的每條短鏈DNA是獨特的，僅在結構中出現一次； 對于不同的核酸結構，短鏈DNA可以相同。

7.根據權利要求6所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述三維 核酸結構為立方體、多面體或其他在支架DNA的長度限制內形成的規則或不規則的三維結 構；三維核酸結構的不同形狀通過改變支架DNA的折疊路徑和短鏈DNA的匹配位置達成。

8.根據權利要求1所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述核酸 結構為具有孔穴的核酸結構，該孔穴通過排除核酸結構中的一條或多條短鏈DNA，使支架 DNA在此位置不參與結構形成而達成，所述孔穴包括方形、多邊形和其他規則或不規則的形 狀。

9.根據權利要求1所述的鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構，其特征在于：所述核酸 結構為在單個到多個結構范圍內的特定位點具有化學修飾的核酸結構，具有化學修飾的核 酸直接作為短鏈DNA或者間接地通過與短鏈DNA的不與支架配對的單鏈部分互補配對而定 位于核酸結構的特定位點；所述化學修飾將特異性的結合納米顆粒、多肽或者蛋白質；所述 納米顆粒包括鏈酶親和素、金顆粒或熒光基團；修飾的呈現形式包括熒光信號和圖案，所述 圖案包括字母、數字和其他規則或不規則的圖案。

10.鏈間交換由支架DNA達成的核酸結構的合成方法，其特征在于，在單個容器中使支 架DNA與多條短鏈DNA混合，在緩沖溶液中進行退火反應形成核酸結構，其中短鏈DNA的摩爾 濃度大于等于支架DNA摩爾濃度的2倍。