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近年来研究者开始探索运用新型的碳材料如各种碳纳米管以及石墨烯作为抗癌药物的载体并在体外和体内实验中获得了良好的结果。当这些新型的碳载体进入到体内后,可能会与体内的生物大分子如DNA以及各种蛋白产生相互作用,从而影响到药物的释放过程。因而,深入研究生物大分子DNA与碳材料之间的相互作用对研发新型碳纳米载体是非常重要的。最新的研究报道了DNA分子的确可以被吸附到碳材料的表面并且利用DNA分子吸附和解吸附过程演示了此体系可被用作各种生物大分子的传感器。对高定向热解石墨(HOPG)进行表面化学修饰和电化学沉积等方法使DNA分子固定到HOPG表面进行研究的报道已有很多,然而低浓度的DNA分子在HOPG表面自由吸附的研究却寥寥无几。据我们对此领域文献的检索,各种DNA分子在碳材料表面吸附后的结构和形貌还没有被进行高分辨的、系统的观察和研究。高定向热解石墨与其它碳材料如碳纳米管和石墨烯有着非常相似的表面结构和性质,并且它还具有较大的原子级平整区域。因而,可以在HOPG表面对DNA分子进行显微观察并以其表面的结果推测DNA分子在其它碳材料表面上的吸附过程和形貌。本论文着重运用原子力显微镜研究了各种DNA分子包括线性、质粒、单链、双链以及寡聚核苷酸链在HOPG表面的吸附和成像以及其它因素如添加金属离子、温度、PH条件对DNA分子的吸附、结构和形貌的影响。具体的研究摘要如下：1.DNA分子在HOPG表面自由吸附和成像的研究：本实验研究了低浓度的质粒pBR322DNA和线性λ-DNA分子在HOPG表面的自由吸附情况。原子力形貌图显示两种DNA分子在HOPG表面都倾向于形成六角结构。本实验还对特殊DNA结构如节点、突起、十字形结构进行了讨论分析。而且,在一定浓度下获得了平行DNA单链和它们的交叉结构。这与所报道的经过十二烷基胺修饰HOPG表面后DNA所形成的原子力形貌图类似,这说明HOPG本身对生物分子就有很好的导向能力。本实验对理解DNA的多样性结构和碳表面的导向作用有重要意义。2.添加Mg2+、Ni2+和Cu2+对pBR322DNA分子在HOPG表面吸附和成像影响的研究：通过原子力显微镜研究了Mg2+、Ni2+和Cu2+对环状DNA在HOPG表面的吸附影响,结果表明不同离子对DNA的高度和形貌影响很大。在HOPG表面Mg2+通过使DNA分子内和分子间链的交叉形成很多环状结构。Ni2+使DNA分子形成网状结构,DNA网的密集程度随DNA浓度增大而增大,以上结果表明密集的DNA网状结构能通过相对低浓度的DNA和Ni2+获得。至于添加Cu2+获得了平坦的有角的DNA环状结构,DNA平均链高较低,这是由于Cu2+嵌入到DNA磷酸基团和碱基对之间使DNA分子变性。本研究有助于理解金属离子与DNA分子相互作用和在碳材料表而的DNA多样性结构。3.温度对ssDNA在HOPG表面自组装结构影响的研究：实验研究了不同温度下长的单链DNA和短的寡聚糖核苷酸链在HOPG表面的自组装情况。结果表明当温度从室温升高到55℃时,单链DNA能依次地形成网状结构、直线状结构和层结构。进一步研究表明DNA层结构是由高度相对较高的平行单链DNA盘绕而成,并倾向于形成三重对称模式。这种组装方法有望应用于生物传感器和基于DNA碱基对的纳米器件的制备。