Semiflexible 고분자 공부를 다양 한 도구로 DNA 나노튜브

요약

Semiflexible 폴리머 생명체가 광범위 하 게 적용 되는 독특한 기계적 속성을 표시 합니다. 그러나, biopolymers에 대 한 체계적인 연구는 폴리머 강성 같은 속성은 액세스할 수 없습니다 이후 제한 됩니다. 이 원고는이 제한 프로그래밍 가능한 DNA 나노튜브, 강성 필 라 멘 트의 영향에 대 한 실험 연구를 활성화 하 여 우회는 어떻게 설명 합니다.

초록

셀 또는 biopolymer 네트워크 같은 복잡 한, 폴리머 기반 부드러운 물질의 기계적 성질도 클래식 프레임 유연한 폴리머도 엄밀한 막대의 이해할 수 있습니다. 기본 필 지 속성 길이 (l_p)를 통해 계량 되는 그들의 비 사라지는 백본 강성으로 뻗은 남아 있지만 그들은 또한 강한 열 변동 될 수 있습니다. 그들의 한정 된 굽 힘 강성 대량 네트워크, 큰 메시 크기를 제공 하면서 낮은 볼륨 분수에서 안정적인 장비의 형성을 활성화의 독특한, 특수 집단 역학 이끌어 낸다. 이 기본 원리는 (예를 들어, 셀 또는 조직), 자연에 널리 높은 분자 콘텐츠 및 따라서 퍼지는 촉진 또는 능동 이동 최소화. 그들의 생물 학적 영향 및 생체 hydrogels 잠재적인 기술 응용 프로그램, semiflexible 폴리머 상당한 연구 대상이 되었습니다. 그러나 그들은 자유롭게 조정 되지 않은 걸 필 라 멘 트 같은 천연 고분자에 의존 하는 때문에,, 이해할 수 있는 조사 도전 남아 있었다. 이러한 제한에도 불구 하 고 합성, 기계적으로 가변 및 semiflexible 폴리머의 부족, 말라 필 라 멘 트 일반적인 모델 시스템으로 설립 되었다. 주요 제한은 중앙 수량 l_p 자유롭게 거시적인 대량 구조에 미치는 영향을 연구 조정 될 수 없습니다입니다. 이 한계는 강성 필 라 멘 트의 제어 변경 수 있도록 구조적 프로그래밍 가능한 DNA 나노튜브를 채용 하 여 해결 되었습니다. 그들은 부분적으로 보완 가닥의 개별 세트 개별 둘레와 반지 구조에서 교배 타일 기반 디자인을 통해 형성 된다. 이 고리 사용 필 라 멘 트에 효과적인 중 합 길이, 여러 미크론 끈끈한 끝 있으며 자연 biopolymers로 비슷한 중 합 속도 론을 표시 합니다. 그들의 프로그래밍 가능한 역학 때문이 튜브는 단일 분자 대량 규모에 l_p 의 영향을 공부 다재 다능 한, 소설 도구입니다. 말라 필 라 멘 트, 달리 그들은 주 동안에, 주목할 만한 변성 없이 안정적으로 유지 하 고 그들의 처리는 comparably 간단.

서론

그들의 독특한 기계적 성질으로 사용 복잡 한 동작으로 인해 semiflexible 폴리머는 생활 문제의 근본적인 빌딩 블록. 유연한 고분자, 달리 semiflexible 폴리머 여전히 강한 열 변동¹에 따라 하면서 자신의 비 사라지는 백본 강성 때문 뻗은 구성 채택. 따라서, 순전히 확률적 모델은 완벽 하 게 유연 하거나 딱딱한 폴리머의 극치와 마찬가지로 그들의 행동에 적용할 수 없습니다. 소위 벌레 같은 체인 모델^2,,34 _p l통해이 강성 필 라 멘 트⁴따라 접선 탄젠트 상관 관계의 붕괴 상수는 척도를 개발 되었다. L_p 는 윤곽선 길이 (l_c)는 필 라 멘 트의 비교, 폴리머 semiflexible¹를 간주 됩니다. 텐트의 기둥에 유사한, 그들의 준비 네트워크 또는 번들 안정화 낮은 볼륨 분수, 특이 한 점 탄성 속성^5,

프로토콜

1. n HTs의 준비

참고: 여기, n 다른 단일 DNA 가닥을 특정 크기의 나선 관의 형성에 관여의 수를 나타냅니다. N = 8, 8 개의 다른 단일 DNA 가닥 단위 링 메이크업.

1. 구매 DNA 시퀀스 (HPLC 순도 등급 이상) 적당 한 DNA 합성에서 서비스 또는 높은-품질 합성 및 정화 (모범적인 시퀀스를 표 1에 주어진).
2. 정화 물에 따라 더 물의 resuspension resuspend 동결 건조 된 oligonucleotides 단계는 회사에서 해당 설명서에 주어진. 200 µ M의 최종 농도 얻을 수의 양을 조절.
배포자에 의해 주어진 값을 확인 하 긴
3. 단일 DNA의 농도 결정 (예: 260에 대 한 UV 분광학을 통해 nm) 이기 때문에 정확한 산출할 어셈블리 프로세스에 대 한 중요 한. 특정 어 금 니 무게 및 각 단일 가닥 DNA oligonucleotide에 대 한 소멸 계수 oligonucleotides의 농도 계산.
   참고: 소멸 계수 값 본질적으로 다를 다른 시퀀스에 대 한 및 상업적으로 구입한 DNA의 설명서에서 진술 된다. 그들은 또한 가까운 이웃 모....

결과

온도 경사로 (그림 2)를 통해 DNA 나노튜브의 어셈블리 이러한 인공 semiflexible 폴리머를 형성 하는 매우 신뢰할 수 있는 방법입니다. 이러한 고분자 걸 필 라 멘 트, 등 그들의 자연적 사건 대응에 유사한 특성을가지고 있지만 훨씬 광범위 한 실험 프레임 워크를 그들의 기계적 특성은 controllably 될 수 있으므로 변경^{9,27 제공} . Biopolymers, 처럼 그들은 네트워크 (그림 3)에서 배열 될 수 있다 고 특히 대량 구조 및 속성에 필 라 멘 트 경직성의 영향을 테스트 할 수 있습니다. 그림 4에서 같이, 이러한 네트워크 표시 긴장에 대 한 선형 긴장 정권 최대 10%, 밀접 하.......

토론

제대로 구성 된 네트워크를, DNA 나노튜브 조립은 중요 한 단계 이다. 합성 과정에서 오류 저하 튜브 품질; 따라서, HPLC 또는 더 엄격한 프로세스는 oligonucleotides 정화를 사용할 것이 좋습니다. 집합에서 n 구성 oligonucleotides의 아데닌 산출할 집계 DNA 나노튜브, 뿐만 아니라 그들의 길이 분포 보다 이산의 형성에 의하여 달려 있다, 이후 그것은 농도 측정 하는 데 필요한 구입한 가닥의 이후 값 주어진 수 다 실질적으로 실제 농도에서. 이 수행할 수 있습니다, 예를 들어, 260의 흡 광도 파장에서 자외선에 대 한 분광학에 의해 nm. 분자 무게와 소멸 계수; 다른 시퀀스 사이 다 참고 하 고 싶습니다. 따라서, 농도에 흡 광도 변환할 값 각 DNA oligonucleotide에 대 한 결정 되어야 합니다. 장비는 NanoDrop 같은 작은 샘플 볼륨에 대 한 최적화를 사용 하는 경우 각 측정 지점은 여러 번 촬영 한 평균 해야 합니다. 탐지는 분석기의 선형 범위를 준수 합니.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
AFM 캔틸레버 ACTA	AppNano
AFM - NanoWizard 3	JPK Instruments
CCD 카메라	Andor	iXon DV887
DMSO	Sigma-Aldrich	D2650
DNA 올리고뉴클레오티드	Biomers.net		염기서열은 표 1
DNA Cy3 표지 올리고뉴클레오티드	Biomers.net		서열은 표 1
EDTA	Sigma-Aldrich	E-9884
Epi-fluorescence micro-scope	Leica	DM-IRB
MgCl2	Sigma-Aldrich	M-8266
Mica "V1", 12 mm round	Plano GmbH	50-12
MicroAmp®를 참조하십시오. 고속 광학 96웰 반응 플레이트	Thermo Fisher Scientific Inc.
MicroAmp® 광학 접착 필름	Thermo Fisher Scientific Inc.
NanoDrop 1000 분광 광도계	Thermo Fisher Scientific Inc.
100x 대물렌즈	Leica5	506168
정제수	Merk Millipore - Milli-Q & Elix
사파이어 PCR 튜브	Greiner Bio-One	683271
T전문 표준 PCR Thermocycler	Core Life Sciences Inc.	070- 표준
7900HT 고속 실시간 PCR 시스템	응용 바이오시스템	4351405
레오미터	TA 기기	ARES
SYBR® 그린 I 핵산 젤 염색	Thermo Fisher Scientific Inc.	S7567
트리스	시그마-알드리치	T4661
트리톤 X-100	시그마-알드리치	X-100	공기-물 계면에서 시료의 증발을 억제합니다

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