DNA纳米技术是纳米科学领域的一门新兴学科,它是利用DNA依据碱基互补配对原则通过自组装行为构建成为各种维度的空间结构,具有长远的开发应用价值。DNA纳米技术的发展史可追溯到上世纪80年代中期由美国科学家N.C.Seeman开创的交叉结结构,至今已足足历经35年的飞速发展,它涵盖了DNA拼块自组装、DNA折纸术以及DNA纳米器件应用等多个方向的研究。DNA纳米材料由于具有其他传统纳米材料无法比拟的优越性,而迅速成为数学、物理、化学、计算机以及生物医学等多个学科领域的宠儿。本文通过回顾DNA纳米技术的发展史,综述性地探讨了目前DNA纳米技术在各个学科领域的前沿进展,并重点关注DNA纳米技术在生物医学尤其是遗传学领域的应用。本论文的研究主要是对当前现有DNA自组装技术进一步的理解和发展,并致力于遗传学和精准医学检测领域一些目前亟待解决的关键问题。所开展的研究工作主要包括以下几个方面:第一部分——基于DNA折纸标记的单分子单倍体分型技术。随着国际人类基因组计划的完成以及当前高通量测序技术的飞速发展,转化医学以及精准医疗等领域对遗传检测分析方法的需求也越来越高。然而目前的测序技术仍然面临着巨大的挑战,由于仪器读长的限制使得无法获取完整的DNA长片段信息。传统的单倍型检测分析方法或因为模拟计算的不精确性,或因为实验技术的复杂性而导致信息获取较为困难。在本文的研究中,我们以DNA折纸结构作为可视化探针对目标基因多态性位点进行特异性标记,通过原子力显微镜扫描得到的折纸探针图形信号直接转化为长片段目标基因的单倍型信息,并初步实现了对单分子DNA高分辨率的单倍体分型检测。这一研究不仅弥补了当前测序以及实验室基因型检测技术难以解决的问题,而且发展了一种基于DNA纳米技术与原子力显微镜相结合的新颖遗传信息检测分析方法,未来有希望应用于更广泛的基因组学分析研究,也为DNA自组装技术在生物医学领域的应用提供新的思路。第二部分——基于DNA折纸标记的乙肝病毒基因型单分子检测。在前一章完成了基于DNA折纸标记识别长片段目标基因单倍型的前期工作基础上,我们进一步深入探讨DNA纳米技术应用于精准医学检测领域的方向。如何精确诊断、预测疾病的发生发展以及提高病人的生存率,是当今生物医学研究面临的重大挑战。提高检测方法的特异性和灵敏度是解决这一难题的途径之一。传统常见的基因检测方法（如PCR、RT-PCR或测序）都是通过扩增基因组模板分子放大叠加信号来识别基因型信息。这种方式只能反映出基因组的总体遗传信息,但对于少量的罕见变异却常常被放大叠加信号所掩盖而忽略。只有实现单个分子水平上的检测才能真正做到精准的遗传信息识别。病毒基因型的精准检测对于诊断、治疗病毒感染型疾病非常关键。当前传统的检测方法大多依赖于病毒标志物的浓度水平,经常会由于患者处于病毒感染的“窗口期”而出现错检漏检的可能性,从而耽误疾病治疗的黄金时期。因此在这项研究中我们以乙型肝炎病毒（HBV）为例,通过建立一套针对不同基因型HBV的DNA折纸靶向识别探针,借助原子力显微镜（AFM）的高分辨率成像直接读取病毒DNA的遗传变异信息,从而准确判定乙肝病毒的基因型。在后续的实证研究中,我们以11例临床血液样本中提取的HBV DNA分子为研究对象,通过原子力显微成像进行单盲检测,分型结果与一代测序分析结果保持高度一致,由此验证了该检测方法高度的特异性。此外,灵敏度也是考察检测方法是否高效的金标准之一。经过多次反复测试和稳定性评估,最终发现该方法的最低检测限可达10 pM,其灵敏度要优于目前大多数现有的检测方法。研究结果表明,这种基于DNA纳米技术与原子力高分辨显微成像相结合的乙肝病毒基因型分析方法的是稳定可靠的,在未来将有望成为实验室或临床鉴定HBV基因型的一种有力手段。在论文的最后部分,对DNA纳米技术未来的发展进行一些前瞻性的展望,并介绍几个未来在多学科领域可能应用的畅想。也由此可以预见,即使DNA纳米技术目前的研究进展还无法与传统纳米材料相提并论,但是DNA纳米材料在越来越多跨学科交叉研究项目中的应用已经成为一种趋势。DNA纳米技术这门冉冉升起的新兴学科将拥有广阔的应用前景和研究价值,必将在未来各个科学领域大展宏图。