Nanotubi di DNA come un Versatile strumento per lo studio di polimeri semiflessibili

Jörg Schnauß; Martin Glaser; Jessica S. Lorenz; Carsten Schuldt; Christin Möser; Martin Sajfutdinow; Tina Händler; Josef A. Käs; David M. Smith

doi:10.3791/56056

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Articolo metodologico

Nanotubi di DNA come un Versatile strumento per lo studio di polimeri semiflessibili

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DOI:

10.3791/56056

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25 ottobre 2017

Jörg Schnauß^*¹^,² , Martin Glaser^*¹^,² , Jessica S. Lorenz¹ , Carsten Schuldt¹^,² , Christin Möser¹ , Martin Sajfutdinow¹ , Tina Händler¹^,² , Josef A. Käs² , David M. Smith¹

¹Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology, ²Institute of Experimental Physics I, Universität Leipzig

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Polimeri semiflessibili visualizzano proprietà meccaniche uniche che sono ampiamente applicato da sistemi viventi. Tuttavia, gli studi sistematici sui biopolimeri sono limitati poiché proprietà quali la rigidità del polimero sono inaccessibili. Questo manoscritto descrive come questa limitazione è aggirata mediante nanotubi di DNA programmabili, permettendo studi sperimentali sull'impatto della rigidità del filamento.

Abstract

Proprietà meccaniche del complessa, a base di polimeri materia soffice, come cellule o reti di biopolimero, può essere inteso in né la cornice classica di polimeri flessibili né di barre rigide. Filamenti sottostante rimangono tese a causa della loro rigidità non vanishing di spina dorsale, che è quantificato tramite la lunghezza di persistenza (l_p), ma sono anche soggetti a forti fluttuazioni termiche. Loro rigidità alla flessione finiti conduce delle reti di massa, permettendo la formazione di ponteggi stabile alle frazioni di volume basso fornendo al contempo maglie di grandi dimensioni meccaniche collettivo unico, non banale. Questo principio di fondo è prevalente in natura (ad esempio, in cellule o tessuti), riducendo al minimo l'alto contenuto molecolare e facilitando in tal modo diffusivo o trasporto attivo. Grazie alla loro implicazioni biologiche e potenziali applicazioni tecnologiche in idrogel biocompatibile, polimeri semiflessibili sono state oggetto Studio considerevole. Tuttavia, le indagini comprensibile è rimasto impegnative poiché hanno contato su polimeri naturali, quali i filamenti dell'actina, che non sono liberamente sintonizzabili. Nonostante queste limitazioni e a causa della mancanza di polimeri sintetici, meccanicamente sintonizzabile e semiflessibili, filamenti di actina sono stati stabiliti come sistema modello comune. Una limitazione importante è che la quantità centrale l_p non può essere liberamente ottimizzato per studiare il suo impatto sulle strutture macroscopiche alla rinfusa. Questa limitazione è stato risolto impiegando strutturalmente programmabili nanotubi di DNA, attivazione controllata alterazione della rigidezza del filamento. Essi sono formati attraverso progetti basati su mattonelle, dove un insieme discreto di fili parzialmente complementari si ibridano in una struttura ad anello con una discreta circonferenza. Questi anelli presentano estremità appiccicosa, consentendo la polimerizzazione efficace in filamenti alcuni micron di lunghezza e visualizzare simile cinetica di polimerizzazione come biopolimeri naturali. A causa della loro meccanica programmabile, questi tubi sono strumenti versatili, romanzo per studiare l'impatto di l_p sulla singola molecola così come la scala di massa. In contrasto con i filamenti dell'actina, rimangono stabili nel corso di settimane, senza degenerazione notevole, e la loro gestione è relativamente semplice.

Introduzione

A causa di comportamenti complessi abilitati di loro proprietà meccaniche uniche, polimeri semiflessibili sono elementi costitutivi fondamentali della materia vivente. In contrasto con polimeri flessibili, polimeri semiflessibili adottano una configurazione tesa a causa della loro rigidità di spina dorsale non vanishing pur rimanendo soggetti a forti fluttuazioni termiche¹. Così, modelli puramente stocastici non possono applicarsi ai loro comportamenti, come con gli estremi di polimeri completamente flessibile o rigide. La cosiddetta catena di vite senza fine-come modello²^,³^,....