Progettazione di un robot bio-sensibile da DNA Origami

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di progettare un dispositivo robotico da origami di DNA utilizzando il software CAD nano. Ciò si ottiene installando prima CAD nano e utilizzandolo per delineare la forma generale del robot. Il secondo passo è progettare il percorso del trefolo dell'impalcatura.

Successivamente, le graffette vengono inserite e modificate. Il passaggio finale consiste nell'impostare le funzioni di controllo, tra cui il carico utile, i siti di attacco e i cancelli. Alla fine, viene generato un elenco di parti di DNA per l'ordine prima dell'assemblaggio.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che semplifica e standardizza la progettazione di oggetti origami DNA per diverse applicazioni. A dimostrare la procedura sarà Alad Bei, un postdoc, che lavorerà sulla dinamica dei robot origami a DNA nel mio laboratorio. Per iniziare questa procedura, scaricare e installare CAD nano two e Autodesk Maya 2012.

Secondo le istruzioni su http slash slash cad nano. org, l'interfaccia di progettazione di CAD nano all'interno di Maya include tre pannelli. Il pannello superiore è la vista reticolare in cui viene inizialmente delineata la forma.

Questo pannello abilita le azioni a livello a doppia elica e fornisce una vista in sezione della forma. Il pannello inferiore è il pannello di modifica, che consente singole azioni di livello base. Il pannello di destra è un modello 3D in tempo reale generato da Maya della forma.

Fare clic sull'icona a nido d'ape per ingrandire, aumentare e ridurre il reticolo. Nel pannello superiore può essere fatto con il mouse. Scorri rispettivamente verso l'alto e verso il basso.

Per iniziare, disegna la sezione della forma desiderata sul pannello di sinistra. Ogni cerchio rappresenta un doppio DN, un'elica per scegliere le eliche, che costruiscono la forma, è sufficiente fare clic con il pulsante sinistro del mouse sul loro centro. Continuate elica per elica fino a quando l'intera forma non è delineata.

In alternativa, la forma può essere disegnata premendo il tasto sinistro del mouse e disegnando continuamente il contorno delle forme. Osservare il pannello inferiore. Ogni elica è rappresentata da due file di quadrati.

Le file sono i due filamenti della doppia elica. Con ogni quadrato che rappresenta una base, la barra verticale arancione determina dove si svolgono le azioni di modifica lungo un'elica. La posizione di base lungo la griglia viene visualizzata come un numero sopra la barra arancione.

La lunghezza predefinita della struttura dell'elica è di 42 basi. La lunghezza può essere estesa facendo clic su una delle icone a forma di freccia grigia nell'angolo in alto a destra del pannello di modifica e scegliendo la lunghezza dell'estensione. Per tracciare il percorso effettivo del trefolo dell'impalcatura in tutta la forma, premere il pulsante del mouse.

Iniziate dalla prima elica e continuate su tutte le eliche seguendo lo stesso ordine in cui sono state selezionate inizialmente. Disegna un rettangolo attorno a tutti i bordi più a sinistra del percorso dell'impalcatura. Estendete il percorso dell'impalcatura trascinando i bordi selezionati in gruppo sul lato sinistro della griglia.

Dopo aver ripetuto questo processo fino a quando il percorso non viene esteso correttamente e aver identificato le icone del ponte come descritto nel testo scritto, prepararsi a creare crossover per creare crossover. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse sull'icona del ponte desiderata. Verrà generato un crossover dello scaffold, il che significa che lo scaffold passa a questo punto da un'elica all'altra.

Ripetere questo processo fino a quando l'impalcatura non attraversa tutte le eliche e creare un anello chiuso che si estende sull'intera forma, senza lasciare regioni isolate dal resto di questa forma. Il robot descritto si apre in risposta a un input biologico definito per esporre il suo carico utile. L'apertura avviene in modo simile a una conchiglia con due metà che ruotano attorno a due assi.

Gli assi sono formati da incroci tra le eliche 29 e 30 e 61 e zero, che sono gli unici incroci tra queste metà e sono posizionati solo all'interno o vicino al bordo sinistro della griglia. Il bordo destro conterrà i fili dell'andatura. Cancella l'incrocio esistente tra le eliche 29 e 30.

Per cancellare l'incrocio, fare clic sul punto di knee in uno dei fili. Questo lascia la scalfittura in entrambi i fili dove prima c'era il crossover. Per cucire i Nick, premere shift e fare clic su ogni nick, creare un nuovo incrocio tra le eliche 29 e 30 il più vicino possibile al bordo sinistro della griglia.

Quindi creare un nuovo incrocio tra le eliche 61 e zero il più vicino possibile al bordo sinistro della griglia, definire quattro siti di carico rivolti verso il lato interno del robot. I siti di carico si diramano dalle eliche 3, 27, 34 e 58. Per ogni sito nel pannello superiore, fare clic sull'elica immediatamente adiacente a queste eliche rivolta verso il lato interno.

Questo aggiungerà le eliche alla griglia nel pannello inferiore. Non fare ancora clic su queste liscivie per aggiungere e modificare le graffette. Fare clic prima sulla pinzatura automatica.

Il software aggiungerà automaticamente sequenze di graffette in vari colori. Si noti che sono state aggiunte graffette alla forma 3D nel pannello di destra. I colori di base sono coerenti per i pannelli inferiore e destro.

Inoltre, c'è un indicatore nell'angolo in basso a sinistra dell'interfaccia, che indica che i punti metallici di un punto metallico non possono essere troppo lunghi, troppo corti o circolari per modificare automaticamente i punti metallici. Per soddisfare questi criteri, fare clic su interruzione automatica, si aprirà una finestra di dialogo che richiede i parametri definiti dall'utente per questa azione, utilizzare i parametri predefiniti e fare clic su OK. Il software romperà le graffette in base a questi parametri al meglio delle sue capacità.

Cancellare tutti gli incroci delle graffette tra le eliche 29 e 30 e 61 e zero per consentire a queste eliche di separarsi e consentire al robot di aprirsi. La cancellazione dei punti metallici incrociati richiederà alcune modifiche manuali per correggere i punti metallici che diventano troppo corti o irrazionali a causa di questa azione. Per farlo correttamente, segui le istruzioni nel testo della cucitura del protocollo, le due graffette su Helix 29 premendo shift e facendo clic sulla tacca tra di loro.

Allo stesso modo, sembra che le tre graffette sullo Strand 30 a una singola graffetta possano essere estese o accorciate manualmente facendo clic su un bordo e trascinandolo come desiderato. Fare attenzione a non circolarizzare alcun punto metallico. Ripetere questo processo per gli HELOC zero e 61 e modificare manualmente tutte le graffette in ciascuna elica.

Individua le graffette disegnate da una linea spessa, il che significa che richiedono ulteriori modifiche. Esamina ciascuno di essi e correggili se necessario. Ad esempio, i punti metallici troppo corti possono essere cancellati o estesi, se possibile.

In secondo luogo, fare clic sulle eliche del sito di caricamento nel pannello superiore ed estendere i frammenti di trefoli di scaffold risultanti nel pannello inferiore facendo clic su un bordo e trascinandolo come desiderato. Aggiungere manualmente le graffette a questi frammenti di impalcatura posizionando la barra verticale arancione nella posizione desiderata lungo l'impalcatura, passando sopra le eliche di guida sul pannello sinistro tenendo premuto il tasto Maiusc e facendo clic. Questo aggiungerà un precursore di graffette su ogni elica.

Estendere anche i precursori delle graffette per l'intera lunghezza Facendo clic e trascinando, individuare le icone rosse del ponte che denotano un forte punto di incrocio tra il filo di guida e il telaio. Scegli la posizione più comoda per introdurre un crossover e fai clic sull'icona del ponte. Una posizione comoda richiede una modifica minima delle graffette esistenti nel telaio.

Nell'elica di guida, eliminare la parte della graffetta che non fa parte del sito di carico e accorciare la parte partecipante alla lunghezza desiderata. La lunghezza desiderata dovrebbe fornire sia la specificità per il caricamento di diversi tipi di carico che la forza di legatura. In genere, una coda di 18 mer dovrebbe andare bene.

Assicurati che la graffetta rimanga disegnata da una linea sottile. In caso contrario, modificarlo fino a quando non si trova nel telaio. Modificare le graffette modificate in base alle esigenze.

Cancellare la guida, lasciando solo l'estensione della graffetta. Ripetere questi passaggi per tutti i siti di carico per progettare i fili dell'andatura. Innanzitutto, individua le posizioni corrette per i fili dell'andatura.

Queste saranno graffette sulle eliche 29, 30, 61 e zero. Ad esempio, esamina la regione dell'andatura da 29 a 30. Ci sono comodi trefoli di graffette, eliche fiancheggianti 29 e 30 sul lato destro della griglia, che possono essere utilizzati come trefoli del cancello.

Si noti che sono rivolti in direzioni opposte. Fare clic sul bordo di uno dei potenziali fili dell'andatura per estenderlo all'esterno della forma. Se il bordo si trova sopra un crossover di scafffold, la selezione potrebbe essere semplificata assicurandosi che solo le graffette siano selezionabili.

Facendo clic su scaf nella barra degli strumenti selezionabile nella parte superiore destra dell'interfaccia, estendere entrambe le graffette per formare i fili del gate. Modifica le graffette. Se questa estensione lo richiede, ripetere l'operazione per i filamenti del cancello delle eliche zero e 61.

Per scegliere la sequenza di scafffolding, fare clic sullo strumento di ricerca. Posiziona il cursore in un punto qualsiasi del filo dell'impalcatura e fai clic su una finestra di dialogo che ti chiederà di scegliere la fonte del DNA dell'impalcatura Nella finestra di dialogo, fai clic su M 13 MP 18. Si noti che la sequenza di DNA scelta è stata aggiunta allo scaffold e ai filamenti di graffette nel pannello inferiore.

Infine, esporta la sequenza di pinzatura come foglio di calcolo facendo clic su Esporta nella barra degli strumenti in alto e scegliendo un nome di file di destinazione per l'elenco delle pinzature. Fai clic su Salva. Questo video ha dimostrato un processo passo-passo per la progettazione di un nano robot origami a DNA.

La sezione trasversale della forma è stata delineata per la prima volta qui. La bozza è stata seguita dall'edizione automatica dei frammenti di trefoli dell'impalcatura e dal completamento dell'intero percorso dell'impalcatura. Qui è mostrata una vista generale dei pannelli in basso e a destra che mostrano come il modello 3D cambia in tempo reale insieme alle azioni di modifica.

I fili di graffette sono stati aggiunti automaticamente, come si può vedere nel progetto dopo l'azione di pinzatura automatica. In questa immagine, i colori di base nel pannello inferiore e nel pannello destro sono coerenti. I fili delle graffette sono stati quindi rotti in base ai parametri definiti dall'utente, come mostrato qui nel progetto dopo l'azione del freno automatico.

Successivamente, i fili delle graffette sono stati modificati manualmente per adattarli alla funzione desiderata del dispositivo. L'intero divario tra le eliche 29 e 30 mostra che nessun crossover collega i due in questo progetto. Dopo la modifica manuale, ecco una vista delle graffette del sito di caricamento, come si vede nel pannello inferiore.

Dopo aver rimosso gli HELOC guida, che non sono più necessari, questa immagine mostra l'estensione di due graffette, che verranno utilizzate come filamenti GA dagli HELOC 29 e 30. Si noti che i due fili sono rivolti in direzioni opposte, il che è obbligatorio per la formazione del duplex. Questa è l'immagine TEM del modello finale progettato in questa procedura.

Il campione viene colorato con formato orinatoio e ripreso in un microscopio elettronico a trasmissione GL esattamente come descritto nei precedenti rapporti degli autori. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come progettare un robot da origami di DNA per qualsiasi applicazione di tua scelta.