Conception d'un robot Bio-sensible de l'ADN origami

L’objectif global de cette procédure est de concevoir un dispositif robotique à partir d’origami d’ADN à l’aide du logiciel CAD nano. Pour ce faire, il suffit d’installer d’abord CAD nano et de l’utiliser pour décrire la forme générale du robot. La deuxième étape consiste à concevoir le chemin du brin d’échafaudage.

Ensuite, les agrafes sont insérées et modifiées. La dernière étape consiste à définir les fonctions de contrôle, y compris la charge utile, les sites de fixation et les portes. En fin de compte, une liste de pièces d’ADN est générée pour la commande avant l’assemblage.

Le principal avantage de cette technique est qu’elle simplifie et standardise la conception d’objets en origami DNA pour diverses applications. Alad Bei, post-doctorant, fera la démonstration de la procédure et travaillera sur la dynamique des robots origami à ADN dans mon laboratoire. Pour commencer cette procédure, téléchargez et installez CAD nano two et Autodesk Maya 2012.

Selon les instructions sur http slash slash cad nano. org, l’interface de conception de CAD nano dans Maya comprend trois panneaux. Le panneau supérieur est la vue en treillis où la forme est initialement décrite.

Ce panneau permet des actions de niveau en double hélice et fournit une vue en coupe de la forme. Le panneau inférieur est le panneau d’édition, permettant des actions de niveau de base uniques. Le panneau de droite est un modèle 3D en temps réel de la forme généré par Maya.

Cliquez sur l’icône en nid d’abeille pour zoomer, activer et désactiver le treillis. Dans le panneau supérieur, cela peut être fait avec la souris. Faites défiler vers le haut et vers le bas respectivement.

Pour commencer, dessinez la section de la forme souhaitée sur le panneau de gauche. Chaque cercle représente un double DN, une hélice pour choisir les hélices, qui construisent la forme, il suffit de faire un clic gauche sur leur centre. Continuez hélice par hélice jusqu’à ce que toute la forme soit délimitée.

Alternativement, la forme peut être dessinée en appuyant sur le bouton gauche de la souris et en dessinant continuellement le contour des formes. Observez le panneau inférieur. Chaque hélice est représentée par deux rangées de carrés.

Les rangées sont les deux brins de la double hélice. Chaque carré représentant une base, la barre verticale orange détermine l’endroit où les actions d’édition ont lieu le long d’une hélice. La position de base le long de la grille apparaît sous la forme d’un nombre au-dessus de la barre orange.

La longueur par défaut du cadre d’hélice est de 42 bases. La longueur peut être prolongée en cliquant sur l’une des icônes de flèche grise dans le coin supérieur droit du panneau d’édition et en choisissant la longueur de l’extension. Pour tracer le chemin réel du brin d’échafaudage dans toute la forme, appuyez sur le bouton de la souris.

Commencez par la première hélice et parcourez en continu toutes les hélices en suivant le même ordre qu’elles ont été initialement sélectionnées. Tracez un rectangle autour de tous les bords les plus à gauche de la trajectoire d’échafaudage. Prolongez la trajectoire de génération de modèles automatiques en faisant glisser les arêtes sélectionnées en tant que groupe vers le côté gauche de la grille.

Après avoir répété ce processus jusqu’à ce que le chemin soit correctement prolongé et identifié les icônes de pont comme décrit dans le texte écrit, préparez-vous à créer des croisements pour créer des croisements. Faites un clic gauche sur l’icône du pont de votre choix. Un croisement d’échafaudage sera généré, ce qui signifie que l’échafaudage traverse en ce point d’hélice en hélice.

Répétez ce processus jusqu’à ce que l’échafaudage traverse toutes les hélices et crée une boucle fermée qui s’étend sur l’ensemble de la forme, sans laisser de régions isolées du reste de cette forme. Le robot décrit s’ouvre en réponse à une entrée biologique définie pour exposer sa charge utile. L’ouverture se déroule à la manière d’une coquille avec deux moitiés tournant autour de deux axes.

Les axes sont formés par des croisements entre les hélices 29 et 30 et 61 et zéro, qui sont les seuls croisements entre ces moitiés et sont positionnés uniquement dans ou près du bord gauche de la grille. Le bord droit contiendra les brins de marche. Efface le croisement existant entre les hélices 29 et 30.

Pour effacer le croisement, cliquez sur le point du genou dans l’un des brins. Cela laisse l’entaille dans les deux brins où se trouvait le croisement. Pour coudre les Nicks, appuyez sur Shift et cliquez sur chaque entaille, créez un nouveau croisement entre les hélices 29 et 30 aussi près que possible du bord gauche de la grille.

Créez ensuite un nouveau croisement entre les hélices 61 et zéro au plus près du bord gauche de la grille, définissez quatre sites de chargement orientés vers le côté interne du robot. Les sites de chargement se ramifieront à partir des Hélices 3, 27, 34 et 58. Pour chaque site du panneau supérieur, cliquez sur l’hélice immédiatement adjacente à ces hélices qui fait face au côté interne.

Cela ajoutera les hélices à la grille dans le panneau inférieur. Ne cliquez pas encore sur ces lessives pour ajouter et modifier des agrafes. Cliquez d’abord sur agrafage automatique.

Le logiciel ajoutera automatiquement des séquences d’agrafes de différentes couleurs. Notez que des agrafes ont été ajoutées à la forme 3D dans le panneau de droite. Les couleurs des agrafes sont cohérentes pour les panneaux inférieur et droit.

De plus, il y a un indicateur dans le coin inférieur gauche de l’interface, qui indique qu’une agrafe ne peut pas être trop longue, trop courte ou circulaire pour modifier automatiquement les agrafes. Pour répondre à ces critères, cliquez sur Arrêt automatique, une boîte de dialogue s’ouvrira demandant des paramètres définis par l’utilisateur pour cette action, utilisez les paramètres par défaut et cliquez sur OK. Le logiciel cassera les agrafes en fonction de ces paramètres au mieux de ses capacités.

Effacez tous les croisements d’agrafes entre les hélices 29 et 30 et 61 et zéro pour permettre à ces hélices de se séparer et au robot de s’ouvrir. L’effacement des croisements d’agrafes nécessitera une modification manuelle pour corriger les agrafes qui deviennent trop courtes ou irrationnelles à la suite de cette action. Pour le faire correctement, suivez les instructions dans la couture du protocole de texte, les deux agrafes sur Helix 29 en appuyant sur shift et en cliquant sur l’entaille entre elles.

De même, il semble que les trois agrafes du brin 30 ne soient qu’une seule agrafe, les agrafes peuvent être rallongées ou raccourcies manuellement en cliquant sur un bord et en le faisant glisser comme vous le souhaitez. Veillez à ne pas circulariser une agrafe. Répétez ce processus pour les marges de crédit hypothécaires zéro et 61 et modifiez manuellement toutes les agrafes dans chaque hélice.

Localisez les agrafes qui sont dessinées par une ligne épaisse, ce qui signifie qu’elles nécessitent une modification supplémentaire. Examinez chacun d’eux et corrigez-les si nécessaire. Par exemple, les agrafes trop courtes peuvent être effacées ou rallongées si possible.

Ensuite, cliquez sur les hélices du site de chargement dans le panneau supérieur et étendez les fragments de toron d’échafaudage résultants dans le panneau inférieur en cliquant sur une arête et en la faisant glisser comme vous le souhaitez. Ajoutez manuellement des agrafes à ces fragments d’échafaudage en plaçant la barre verticale orange à la position souhaitée Le long de l’échafaudage, en passant par-dessus les hélices de guidage sur le panneau de gauche, en maintenant la touche Maj enfoncée et en cliquant. Cela ajoutera un précurseur d’agrafe à chaque hélice.

Étendez également les précurseurs d’agrafes sur toute leur longueur En cliquant et en faisant glisser, localisez les icônes de pont rouges indiquant un point de croisement fort entre le brin de guidage et le châssis. Choisissez l’emplacement le plus pratique pour introduire un croisement et cliquez sur l’icône du pont. Un emplacement pratique nécessite une modification minimale des agrafes existantes dans le châssis.

Dans l’hélice de guidage, supprimez la partie agrafée qui ne fait pas partie du site de chargement et raccourcissez la partie participante à la longueur souhaitée. La longueur souhaitée doit offrir à la fois une spécificité pour le chargement de différents types de cargaison et une résistance de liaison. En règle générale, une queue de 18 mers devrait convenir.

Assurez-vous que l’agrafe reste tracée par une ligne fine. Sinon, modifiez-le jusqu’à ce qu’il soit dans le châssis. Modifiez les agrafes modifiées si nécessaire.

Effacez le guide, ne laissant que l’extension de l’agrafe. Répétez ces étapes pour tous les sites de chargement afin de concevoir des brins de marche. Tout d’abord, localisez les positions appropriées pour les brins de marche.

Il s’agira d’agrafes sur les hélices 29, 30, 61 et zéro. Par exemple, examinez la région de la marche de 29 à 30 mètres. Il y a des brins d’agrafe pratiques, flanquant les hélices 29 et 30 sur le côté droit de la grille, qui peuvent être utilisés comme brins de porte.

Notez qu’ils font face à des directions opposées. Cliquez sur le bord de l’un des brins de marche potentiels pour l’étendre à l’extérieur de la forme. Si le bord se trouve au-dessus d’un croisement d’échafaudage, sa sélection pourrait être simplifiée en s’assurant que seules les agrafes sont sélectionnables.

En cliquant sur l’échafaudage dans la barre d’outils sélectionnable en haut à droite de l’interface, étendez les deux agrafes pour former les brins de porte. Modifiez les agrafes. Si cette extension l’exige, répétez cette opération pour les brins de grille des hélices zéro et 61.

Pour choisir la séquence d’échafaudage, cliquez sur l’outil de recherche. Placez le curseur n’importe où sur le brin de l’échafaudage et cliquez sur une boîte de dialogue qui s’ouvrira demandant de choisir la source d’ADN de l’échafaudage Dans la boîte de dialogue, cliquez sur M 13 MP 18. Notez que la séquence d’ADN choisie a été ajoutée à l’échafaudage et aux brins d’agrafe dans le panneau inférieur.

Enfin, exportez la séquence d’agrafes sous forme de feuille de calcul en cliquant sur exporter dans la barre d’outils supérieure et en choisissant un nom de fichier de destination pour la liste d’agrafes. Cliquez sur Enregistrer. Cette vidéo a démontré un processus étape par étape pour la conception d’un nano robot en origami d’ADN.

La coupe transversale de la forme a été esquissée pour la première fois ici. L’esquisse a été suivie de l’édition automatique des fragments de brins d’échafaudage et de l’achèvement de l’ensemble du chemin de l’échafaudage. Vous trouverez ici une vue générale des panneaux inférieur et droit montrant comment le modèle 3D change en temps réel ainsi que les actions d’édition.

Les brins d’agrafage ont été ajoutés automatiquement, comme on peut le voir dans le plan après l’action d’agrafage automatique. Sur cette image, les couleurs de base dans le panneau inférieur et le panneau de droite sont cohérentes. Les brins d’agrafe ont ensuite été cassés selon des paramètres définis par l’utilisateur, comme indiqué ici dans le plan après l’action de freinage automatique.

Ensuite, les brins d’agrafes ont été modifiés manuellement pour les adapter à la fonction souhaitée de l’appareil. L’ensemble de l’écart entre les hélices 29 et 30 montre qu’aucun croisement ne relie les deux dans ce modèle. Après l’édition manuelle, vous trouverez ici une vue des agrafes du site de chargement, comme on le voit dans le panneau inférieur.

Après avoir retiré les marges de crédit hypothécaires de guidage, qui ne sont plus nécessaires, cette image montre l’extension de deux agrafes, qui vont être utilisées comme brins GA des marges de crédit hypothécaires 29 et 30. Notez que les deux brins sont orientés dans des directions opposées, ce qui est obligatoire pour la formation de la marche duplex. Il s’agit de l’image TEM du modèle final conçu dans le cadre de cette procédure.

L’échantillon est coloré au format urinoir et imagé au microscope électronique à transmission GL exactement comme décrit dans les rapports précédents des auteurs. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de concevoir un robot à partir d’origami d’ADN pour n’importe quelle application de votre choix.