《可程式DNA納米結構力學》是依託中國科學技術大學，由梁海弋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：可程式DNA納米結構力學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁海弋
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
生物學家實驗證明通過直接編寫DNA鹼基序列，可以得到形狀可控的DNA納米結構。這種自下而上的自組裝建造方法首次實現了數位化設計製造複雜形狀的納米結構、並可能組裝更大尺度結構。目前，涉及DNA納米結構設計製造的一系列關鍵力學問題在國內外尚未開展研究。本課題將借鑑現有單根DNA的研究成果，採用原子模擬、粗顆粒數值模型和理論模型並輔以實驗驗證，通過設計鹼基對序列，調控DNA力學特性，最佳化DNA納米結構自組裝過程，闡明DNA納米結構的力學設計原理,為DNA納米技術的工程化提供理論依據。
結題摘要
本課題通過Gromacs分子動力學軟體和粗粒化模型模擬研究了單根DNA雙鏈以及DNA納米結構的力學特性。我們提出了基於空間曲線的微分幾何構造方法，構建了鹼基序列可任意設計的DNA雙鏈以及複雜DNA納米結構。通過Gromacs分子動力學軟體模擬驗證了上述幾何構造的DNA結構在室溫、含水分子和Na+ 離子真實環境下參數下的結構穩定性，並考察了鹼基序列對單根DNA雙鏈的拉伸和斷裂性能的影響。我們發現DNA雙鏈拉伸性能的尺寸效應，並通過自旋相變理論中的雙勢阱機制給出了本質的解釋。DNA納米結構雖然種類繁多，但均包含一個共同的關鍵部件，即Holliday節點。我們幾何構建了任意鹼基序列的Holliday節點，通過Gromacs分子動力學軟體模擬了該關鍵節點在拉力、扭轉等外力作用下的變形和斷裂破壞性能。採用現有文獻中的DNA粗粒化模型分析DNA單鏈組裝為雙鏈和DNA納米結構的過程。注意到現有粗粒化模型無法模擬DNA組裝過程，因此我們自行建立了一個粗粒化曾度更高的模型，試圖模擬DNA分子自組裝和DNA納米結構力學特性。
