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《DNA纳米技术——分子传感、计算与机器》的主旨是介绍DNA 纳米技术这个崭新的研究领域。DNA 纳米技术是纳米生物学的重要组成部分，其特点在于融合了DNA (基因)技术与纳米技术这两个热点领域，并产生了众多激动人心的研究成果。DNA 分子除了具有基因的遗传特性外，同时也是一个结构精巧的一维纳米线。将DNA 与纳米材料组合起来，甚至将DNA 本身作为一种纳米材料，可以为生命科学、材料科学、环境科学等领域带来前所未有的推动作用。《DNA纳米技术——分子传感、计算与机器》着重介绍DNA 纳米技术中*为引人注目的几个主要方向，即DNA 分子的生物传感器、DNA 分子操纵和分子机器，以及DNA 分子计算机。

《DNA纳米技术——分子传感、计算与机器》分为两大部分， "DNA 纳米技术基础"部分主要对本领域的现状和发展趋势进行科普性的介绍，适合本科生阅读; "DNA 纳米技术进阶"部分则邀请国内外相关领域的知名学者共同撰写，希望为有志于从事纳米生物学研究的研究生和科研人员提供帮助和指引，同时也可供相关领域的研究者阅读参考。

目录

《纳米科学与技术》丛书序

序

前言

**篇 DNA纳米技术基础

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

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 EGDNA传感器的构建 174

4.3.3 EGDNA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 生物纳米孔道应用于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 可以玩三子棋的DNA 443

7.2.4 MAYAGⅡ 445

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

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