金属纳米簇(metal nanoclusters,MNCs)通常由几个到几十个金属原子组成,具有独特的光学和电学等物理学性质,因此受到了广泛的关注。目前,研究比较多的MNCs主要包括金纳米簇(gold nanoclusters,Au NCs)、银纳米簇(silver nanoclusters,Ag NCs)和铜纳米簇(copper nanoclusters,Cu NCs)。与Au NCs和Ag NCs相比,Cu NCs不仅具有类似的光学性质,如发射波长可调、量子产率较高等优点,并且生物相容性良好。同时,以DNA为模板合成Cu NCs时,其所用原料容易获取、价格低廉、合成方法简单,因而被认为是一种极具实际应用潜力的纳米材料。目前,基于以DNA为模板合成Cu NCs的应用主要集中于化学检测方面,为了拓展Cu NCs在更多领域的应用,本论文对以DNA为模板合成Cu NCs的应用进行了新的探索,具体内容包括以下两个方面:1.以DNA为模板合成铜纳米簇对聚丙烯酰胺凝胶中DNA染色的应用研究核酸染料的安全性问题一直以来都没有得到很好的解决。溴化乙锭(ethidium bromide,Et Br)是目前最常用的核酸染料,但研究已证实其具有强诱变能力和高致癌性。为此,我们尝试将Cu NCs作为一种新型的荧光染料,用于聚丙烯酰胺凝胶中DNA的染色。实验结果表明,Cu NCs能以凝胶中的DNA为模板成功进行原位合成,并且使DNA条带在紫外光照射下发射荧光,最终达到使DNA染色和标记的目的。该染色方法具有良好的灵敏度、稳定性以及对核酸序列的普适性。与此同时,动物实验也表明Cu NCs的合成原料(Cu SO4和抗坏血酸)及其产物Cu NCs对大鼠皮肤均无接触毒性,说明该染色方法具有良好的安全性。此外,该染色方法还具有原料容易获取、价格低廉以及染色过程操作简单等优点,因此是一种具有潜在应用价值的DNA染色方法。2.以DNA为模板合成铜纳米簇在调控DNA导线电荷传递中的应用研究如今,DNA可以用作分子导线已经成为共识,有希望在纳米电子学中发挥作用。对于一个完整的逻辑电路,“开-关”转换是其中基本的组成元素。因此,在DNA作为分子导线介导的电荷传递(DNA-mediated charge transfer,DNA CT)中,“开-关”转换是一个亟待解决的问题。在本文中,基于以DNA为模板合成的Cu NCs的化学或者电化学沉积和溶出,我们开发了一种可用于控制DNA CT的纳米开关。简而言之,对于一个良好的DNA分子导线,当利用化学或电化学的方式将Cu NCs沉积到DNA链上时,DNA CT将处于关闭状态;再经过化学或者电化学的方式将DNA链上的Cu NCs溶出后,DNA CT就会被转换到开的状态。当以电化学的方式调控DNA CT时,“开”与“关”之间的单次切换只需要几秒钟,“开-关”转换可以多次重复。并且,通过调整Cu SO4的浓度、沉积或溶出时间和外加电势等因素,可以将DNA CT调整到“开”或“关”的状态,甚至是“开”与“关”之间的一种中间状态。我们相信这一通过沉积和溶出Cu NCs达到调控DNA CT的成功尝试,会有助于促进DNA导线的进一步发展和应用。