核酸纳米结构的自装配制造技术

本发明专利技术涉及具有受控的大小和形状且由多种寡核苷酸组成的核酸结构的合成。结构至少部分通过单链寡核苷酸的自装配形成。在所得的结构中每种寡核苷酸的位置是已知的。相应地，结构可以用特异性进行修饰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2012年7月24日提交的美国临时申请号61/675,309和于2013年3月6日提交的美国临时申请号61/773,715的利益，所述美国临时申请各自通过引用全文并入本文。政府支持本专利技术在由美国国立卫生研究院授予的1DP2OD004641和1DP2OD007292，在由海军研究办公室(Office of Naval Research)授予的N000014091118和N000141010827，在由美国陆军研究处的多学科大学研究计划(Army Research Office Multidisciplinary University Research Initiative)授予的W911NF-12-1-0420和W911NF1210238，在由美国海军研究局青年研究奖(Office of Naval Research Young Investigator Program)授予的N000141110914，以及由美国国家科学基金会(National Science Foundation)授予的CCF1054898下，由政府支持进行。政府在本专利技术中拥有一定权利。专利
本专利技术的方面和实施方案涉及核酸纳米
专利技术背景信息聚合物例如核酸(例如DNA和RNA)的自装配提供了用于构建尖端的合成分子纳米结构和装置的有效方法(N.C.Seeman，Nature421，427(2003))。用于设计自装配的核酸纳米结构的基本原理是核酸链中的序列互补性被这样编码，从而使得通过互补区段配对，核酸链在适当的生理条件下自组构成预定的纳米结构。根据该基本原理(N.C.Seeman，J.Theor.Biol.99，237(1982))，研究者已制备多种合成核酸纳米结构(N.C.Seeman(2003)；W.M.Shih，C.Lin，Curr.Opin.Struct.Biol.20，276(2010))，例如晶格(E.Winfree，等人Nature394，539(1998)；H.Yan，等人Science 301，1882(2003)；H.Yan，等人Proc.Natl.Acad.of Sci.USA 100，8103(2003)；D.Liu，等人J.Am.Chem.Soc.126，2324(2004)；P.W.K.Rothemund，等人PLoS Biology 2，2041(2004))、条带(S.H.Park，等人Nano Lett.5，729(2005)；P.Yin，等人Science 321，824(2008))、管(H.Yan Science(2003)；P.Yin(2008))、具有限定形状的有限的二维(2D)和三维(3D)物体(J.Chen，N.C.Seeman，Nature 350，631(1991)；P.W.K.Rothemund，Nature 440，297(2006)；Y.He，等人Nature 452，198(2008)；Y.Ke，等人Nano.Lett.9，2445(2009)；S.M.Douglas，等人Nature 459，414(2009)；H.Dietz，等人Science 325，725(2009)；E.S.Andersen，等人Nature 459，73(2009)；T.Liedl，等人Nature Nanotech.5，520(2010)；D.Han，等人Science 332，342(2011))和宏观晶体(J.P.Meng，等人Nature 461，74(2009))。已平行构建许多动态装置(J.Bath，A.J.Turberfield Nature Nanotech.2，275(2007))，包括镊子(B.Yurke，等人Nature 406，605(2000))、开关(H.Yan，等人Nature415，62(2002))、步行器(walkers)(W.B.Sherman，N.C.Seeman，Nano Letters 4，1203(2004)；P.Yin，等人Nature 451，318(2008)；T.Omabegho，等人Science 324，67(2009))和电路(P.Yin(2008)；G.Seelig，等人Science 314，1585(2006)；L.Qian，E.Winfree，Science 332，1196(2011))。另外，因为DNA和RNA可以以技术上相关方式与其他功能分子相互作用，所以合成的核酸纳米结构具有多种应用的希望。研究者使用合成的DNA/RNA纳米结构和装置来指导功能材料排列(E A.Aldaye，等人Science 321，1795(2008))，开发生物成像探针(H.M.T.Choi，等人Nature Biotechnol.28，1208(2010))，组构且调节活细胞中的分子途径(S.Venkataraman，等人Proc.Natl Acad.Sci.USA 107，16777(2010)；C.J.Delebecque，等人Science 333，470(2011))，并且促进核磁共振(NMR)蛋白质纳米结构测定(M.J.Berardi，等人Nature 476，109(2011))。用于装配兆道尔顿纳米级别2D(P.W.K.Rothemund(2006))和3D形状(S.M.Douglas(2009)；E.S.Andersen(2009)；D.Han(2011))的有效方法是DNA折纸，其中长“支架”链经由与短“订书针”链的相互作用而折叠成预定的形状。长支架链组分(通常为病毒基因组DNA)的要求已限制DNA折纸纳米结构的序列和材料选择。此外，每种形状通常要求新支架路径选择且因此要求完全不同组的订书针链。专利技术概述本专利技术一般提供了用于具有已知的、预定的和因此受控的大小、形状和复杂性的核酸结构的自装配方法，以及核酸结构本身。更具体而言，在多个方面，本专利技术提供了使用限定的和预定的寡核苷酸的亚组用于产生复杂核酸结构的模块化方法，而无需DNA折纸方法中必需的较长支架链。本专利技术的核酸结构通常在一步退火反应中，以序列特异性方式通过局部相互作用而自装配。核酸结构和用于产生此类结构的单链寡核苷酸这样设计，从而使得在结构中的每个位置处的寡核苷酸和因此的核苷酸序列是已知的。该认知促进以限定的和受控的方式的结构修饰。本专利技术部分提供了使用在已知位置处由已知寡核苷酸构成的具有所需高度、深度和宽度的3D画本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核酸结构，其包含各自包含至少四个结构域的两种单链寡核苷酸，所述结构域排列为通过两个互补结构域的杂交形成大约90°二面角，所述两个互补结构域是在所述寡核苷酸各自中一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.24 US 61/675,309;2013.03.06 US 61/773,7151.一种核酸结构，其包含
各自包含至少四个结构域的两种单链寡核苷酸，所述结构域排列为
通过两个互补结构域的杂交形成大约90°二面角，所述两个互补结构域
是在所述寡核苷酸各自中一个。
2.权利要求1的核酸结构，其中所述结构包含各自包含至少四个结
构域的五种单链寡核苷酸，其中所述单链寡核苷酸中的四种与所述第五
种单链寡核苷酸的分开结构域杂交，从而形成在每对杂交寡核苷酸之间
的大约90°二面角。
3.权利要求1的核酸结构，其中所述至少四个结构域具有相等核苷
酸长度。
4.权利要求1或2的核酸结构，其中每种寡核苷酸包含两个或更多
个独特结构域。
5.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中至少一个结构域包含聚
胸腺嘧啶(T)寡核苷酸。
6.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中至少两个结构域包含聚
胸腺嘧啶(T)寡核苷酸。
7.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中每个结构域长度为8个
核苷酸。
8.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所述结构进一步包含单
链2结构域寡核苷酸。
9.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所述寡核苷酸是DNA
寡核苷酸。
10.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所述DNA寡核苷酸是
L-DNA寡核苷酸。
11.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所述寡核苷酸是交联
的。
12.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所述结构包含100、

\t500或1000种单链寡核苷酸。
13.前述权利要求中任一项的核酸结构，其中所有所述单链寡核苷
酸在序列中都是独特的。
14.多种权利要求1-13中任一项的核酸结构。
15.权利要求14的多种，其中所述核酸结构杂交以形成3D结构。
16.权利要求14或15的多种，其中所述多种结构中的每种单链寡
核苷酸均为独特的。
17.权利要求15或16的多种，其中所述3D结构是长方体结构、圆
柱体结构、片层、蜂窝结构或六角形晶格结构。
18.权利要求15、16或17的多种，其中所述3D结构是Z晶体、
ZX晶体、Y晶体、X晶体或XY晶体。
19.一种组合物，其包含权利要求14-18中任一项的核酸结构的多
种。
20.一种方法，其包括
在容器中使各自包含至少四个结构域的多种独特的单链寡核苷酸退
火，所述结构域排列为通过两个互补结构域的杂交形成大约90°二面
角，所述两个互补结构域各自在物理上分开的寡核苷酸中。
21.权利要求20...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鹏，W·M·施，柯勇刚，L·L·洪，
申请(专利权)人：哈佛学院院长及董事，
类型：发明
国别省市：美国;US