摘 要：i-motif结构是一种特殊的DNA二级结构，它是由四个胞嘧啶重复序列在质子的参与下形成的四链螺旋，该结构只有在酸性环境才能维持，因此可以将其设计成一个质子驱动的纳米级分子机器。本文通过与其它DNA分子机器比较，详述了质子驱动的分子机器的工作机理，评价了该机器的优越性、做功能力，并介绍了其多方面应用。
关键词：分子机器；DNA；i-motif结构；FRET
如何利用生命科学和纳米技术的结合为人类科学发展做出更大贡献毋庸置疑是摆在科学家面前的一个巨大挑战。而面对这一挑战，我们首先需要明确目前火热的“纳米生物(NanoBio)”和“生物纳米(BioNano)”分别需要解决的是怎样的问题。从研究的侧重点来看“纳米生物”强调了以纳米技术为背景的生物学，也即纳米技术能够为生物学研究提供哪些新的思维方法和研究手段；而“生物纳米”则更倾向于研究生命系统中处于纳米级别的物质和物质运动，研究如何利用这些生命物质作为材料实现纳米技术新的拓展。
在众多的生物大分子中，我们最为关注的是脱氧核糖核酸(DNA)。DNA除了作为生命信息的
遗传物质体现出其重要的生物学价值以外，作为一种纳米级别的分子，它还以其精确的分子识别能力、序列可编程性质、简单而清晰的二级结构以及成熟的合成和修饰方法等诸多优点成为化学家、材料学家以及纳米科学研究者关注的热点。
从20 世纪80 年代开始，纽约大学Seeman 教授就开始致力于利用DNA碱基的精确配对和序列可编程的特性进行DNA自组装方面的研究。他们综合考虑配对、转角、螺距等因素可以将设计好的DNA序列编织成一维线段、二维网格[1,2]乃至三维的多面体结构[ 3 - 6 ]。2 0 0 6 年，加利福尼亚理工学院的Rothemund 等[7]更是利用DNA 组装出“笑脸”、“雪花”等复杂的二维图案(图1)[7]。然而，作为一种特殊的高分子，DNA 不仅有精确配对、相互识别的特点，更有着双链、三链、四链等多样的二级结构，通过适当的序列设计和条件控制人为地操纵DNA的结构或构象变化，甚至实现纳米尺度的可控运动。因此，能否利用DNA 组装出纳米尺度下能够运动并实现力的输出或能量转换的“纳米机器”是这个领域更具挑战性的前沿课题。“DNA 纳米机器”的构建对我们认识纳米尺度下的能量转换规律、生物分子的相互作用与调控机制等有着重要意义。
全文见附件1
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作者：
2008-6-23