纳米材料因其尺寸和形状依赖的物理化学性质而引起研究者们的极大兴趣。为了使纳米材料能够满足不同的应用需求,研究者们已经提出了许多不同的方法来调节纳米材料的性质。引入有机配体是较为常见且有效的方法之一。配体能够与纳米材料的特定面结合,影响前驱体的扩散和还原,提高纳米材料的稳定性。常见的配体如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、柠檬酸盐、十六烷基三甲基溴化铵/氯化物(CTAB/CTAC)和多元醇等,显示出优异的与贵金属结合能力。尽管有关配体用于控制纳米材料形貌方面的研究取得了一定的进展,但由于大多数配体的结构、官能团和电荷不易改变,使其在精确控制纳米材料形态上受限。为了克服以上限制,科研人员将可编辑的生物分子用于了纳米材料的合成,如氨基酸、多肽、蛋白质和核酸。其中,脱氧核糖核酸(DNA)以其结构、电荷、长度、结合亲和力和官能团的可调性,为纳米材料形貌和性质的调控提供了更多的可能。研究证实,以DNA为模板合成的金属纳米簇,如银纳米团簇(DNA-AgNCs)和铜纳米团簇(DNA-CuNCs),具有显著的荧光特性,并且可以通过改变DNA模板的结构和种类来调节其荧光性质。然而,有关DNA对金属纳米团簇催化性质调控的报道还很少。因此,Medium cut-off membranes本论文主要围绕DNA-AgNCs和DNA-CuNCs,展示了不同长度和种类的DNA对PR-171 NMR纳米团簇催化活性的影响,基于DNA结构的响应性转变实现对纳米团簇催化性质的调控,及其在分子逻辑运算与生物分析方面的应用。主要研究内容分为以下三个方面。1.基于DNA在DNA-AgNCs上的独特吸附现象以及双链和三链DNA之间的转变,实现了DNA-AgNCs催化活性的可逆调控。本工作首先研究了四种DNA均聚物对DNA-AgNCs催化活性的影响,发现不同种类的DNA均聚物对DNAAgNCs的催化活性表现出不同的抑制作用,即:腺嘌呤均聚物(poly A)>鸟嘌呤均聚物(poly G)>胞嘧啶均聚物(poly C)>胸腺嘧啶均聚物(poly T),表明poly A对DNA-AgNCs的吸附亲和力最强。其次,通过A-T双链和T-A·T三链DNA之间的相互转换,DNA-AgNCs的催化活性可以从失活状态恢复到激活状态,这一现象表明腺嘌呤碱基的N7位点参与了与DNA-AgNCs的结合并且掩蔽了DNAAgNCsFG-4592半抑制浓度的活性位点。因此,基于以上实验现象及结论,我们通过引入DNA输入链,刺激双链和三链体结构之间的转变,实现了DNA-AgNCs催化活性的可逆调控。最后,本工作基于一种通用型可切换平台,提出了两种低成本且简便的生物传感方法。值得期待的是,具有可控催化活性的DNA-AgNCs将激发研究人员设计更多功能化的纳米催化剂,并为未来智能生物医学的探索做出贡献。2.基于DNA双链和三链体之间构型的变化,以及对DNA-AgNCs催化活性的不同影响,构建了一系列能够以逻辑方式调控DNA-AgNCs催化活性的分子逻辑门(YES,OR,INHIBIT,XOR和MAJORITY)。与以往大多数基于DNA-AgNCs的分子逻辑门不同,本工作中逻辑门的输出信号为DNA-AgNCs的催化活性,而不是其荧光信号,这为分子逻辑门的设计提供了一种新颖的方法。在这些逻辑体系中,其中一种逻辑体系可对心血管疾病生物标志物(心肌肌钙蛋白I和肌红蛋白)进行多重生物分析检测。因此,我们期待通过该低成本通用平台可实现对更多重要疾病生物标志物的智能检测。此外,可编程的DNA反应和适配体识别的联合应用赋予了DNA-AgNCs催化特异性,这将为我们设计智能DNA功能化纳米材料提供新思路。3.基于不同DNA对铜纳米团簇催化性能的影响,以及DNA双链与三链体之间的转化,实现了DNA-CuNCs催化活性的可逆调控。研究表明在以不同种类的DNA为模板合成的DNA-CuNCs中,以poly G为模板的DNA-CuNCs具有最高的催化活性。不同类型和结构的DNA对DNA-CuNCs催化活性的影响数据表明,游离的DNA对DNA-CuNCs的催化活性具有不同的抑制作用,即poly A>poly C>poly T≈poly G,且poly A≈d(AT)>>d(TAT)。基于上述现象,我们通过d(AT)30和d(TAT)30之间的转换,将DNA-CuNCs的催化活性在失活状态与激活状态之间进行了可逆调控。最后,我们构建了两种用于检测目标DNA序列的生物传感体系和一种用于检测癌症生物标志物的传感体系,它们都具有良好的灵敏度和选择性,有望应用于未来的医学诊疗中。