Bu eser Naval Research Genç Araştırmacı Programı Ödülü N000141110914, Naval Research Grant N000141010827 Dairesi, NSF KARİYER Ödülü CCF1054898, NIH Müdürü Yenilikçisi Ödülü 1DP2OD007292 Ofisi ve (PY için) Biyolojik ilham Mühendislik Fakültesi Başlangıç ​​Fonu için bir Wyss Enstitüsü tarafından finanse edildi ve Tsinghua-Pekin (BW) Yaşam Bilimleri Başlangıç ​​Fonu Merkezi.

1. DNA sekansı tasarımı <ol><li> 28T tuval × bir 24H oluşturmak için çift helisler, her çift sarmal için üst ve alt sarmal uzunluklarının sayısını, ve crossover modelini belirterek SST-sonlu bir yapı tasarımı için UNIQUIMER yazılımını 27. kullanın. Bu parametreleri tanımladıktan sonra, genel mimari (iplikçik kompozisyon ve tamamlayıcılık düzenlemesi) Programın grafiksel gösterilmiştir. </li><li> Tamamlayıcılık düzenlemesi ve ek gereklilikleri (eğer varsa) karşılamak için, belirtilen yapı şeritlerinin için dizileri oluşturur. (Yapıların çoğu için) dizi simetri 28 minimize ederek DNA dizileri tasarlayın. <ol><li> Nükleotidler (A, C, G ve T), tek bir rastgele oluşturur. </li><li> T ve tersi A;: o tamamlayıcı Maç nükleotid baz eşleşmesi kuralına aşağıdaki oluşturulan C G ve tersi. </li><li> Sekiz ya da dokuz nükleotidler ötesinde tekrarlanan bölümleri kullanmayın. Ne zaman böyle bir temsilcisiyinelenen segment gereksinimi tatmin olana kadar segmentler tasarım sırasında ortaya yeme, en son oluşturulan nükleotidler mutasyona. </li><li> Dört birbirini takip eden A, C, G veya T bazları kullanmayın. </li><li> Her iki varsa, örneğin (bağlantı noktaları etrafında üsleri sürgülü önlemek için (şeritlerin çoğu için, sırasıyla, yirmi birinci ve yirmi ikinci nükleotidler olarak örnek T ve G) tek şeritli bağlantı noktalarında önceden belirlenmiş nükleotidleri kullanın Yirmi birinci ve yirmi ikinci nükleotidleri yirmi ikinci nükleotid) bağlamak için gereken olduğu yirmi birinci nükleotid, nükleotid bağlanma mümkün olduğu, T idi. </li></ol></li><li> Streptavidin etiketleme, tüpler içine dikdörtgen dönüşüm, farklı dikdörtgenler ve farklı ölçeklerde arasında tüplerin oluşumu için elle DNA dizilerini değiştirin ve SST maruz etki nedeniyle toplanmasını önlemek için. <ol><li> Poli-T tra moleküler tuval sınırında maruz etki değiştirincts. </li><li> Streptavidin ile etiketleme için, bunlar 3 &#39;biyotin modifikasyon ile bir anti-sap iplikçik alabildiği gibi sap bölümlerini (örneğin, bir anti-sap iplikçik olarak tamamlayıcı bir muadili bağlanabilen bileşeni ipliğine ekteki ilave kademeli) tasarımı. </li><li> Bir tüp içine bir dikdörtgen dönüşüm için, dikdörtgen üst ve alt satırları kaldırmak ve kimin SSTs üst satırındaki ikinci ve alt satırdaki ikinci karşılık gelen fayans özgü tamamlayıcılık sahip yeni bir satır eklemek. </li><li> Farklı şekiller açık bir tek sarmallı bir etki sağlamak için, 10-11 nükleotid uzunluğunda poli-T kesimleri ile yerine ya da maruz kalan bir etki tamamlayıcı olan ve 10-11 nükleotid uzunluğunda poli-T kesimleri ile sona kenar koruma ile kapsar. </li></ol></li></ol> Moleküler Tuval 2. Hazırlık <ol><li> Bir oligonucleoti gelen RNaz içermeyen su içinde eritildi belirtilen dizilerin DNA bileşeni ipliklerini elde edilirStandart tuzsuzlaştırma ile 10 nmol ölçekte sentezlenmiş oligonükleotidler ile V tabanlı 96 yuvalı plakalar içinde de üreticisi. Santrifüj 600 x g&#39;de yaklaşık 10 sn için DNA iplikleri ile 96 oyuklu plakalar. <ol><li> Pipet 2 ml bir test tüpüne lif başına 100 uM (üretici spesifikasyonu) de 28T dikdörtgen (Şekil 3A) x 24H için DNA bölümleri ile 362 kuyu her birinden 1 ul. Lif başına 200 nM&#39;lik bir konsantrasyonda şerit karışımının bir stok çözelti yapmak için 2 ml test tüpüne distile deiyonize H2O içinde 138 ul ekle. </li></ol></li><li> Şerit karışımı, 10X dupleksleştirme tamponu A (50 mM Tris, pH 7.9, 10 mM EDTA, 250 mM MgCI2) ve damıtılmış iyonu giderilmiş H 40 ul H2O 0.2 ila 10 ul, 200 nM stok çözeltisi 50 ul ekle ml PCR tüpü. Bu 1X tavlama tampon A moleküler tuval 100 ul numune yapan (5 mM Tris, pH 7.9, 1 mM EDTA, 25 mM MgCI2). </li><li> Sampl tavlanması25 ° C, 90 ° C soğutma termal siki üs cihazında 17 saat e. Programı aşağıdaki gibi termal döndürücü: ° C başına 5 dakika bir sabit hızda 61 ° C&#39;ye kadar 90 ° C den aşağı rampa; ° C başına 20 dakikalık sabit bir hızda 25 ° C&#39;ye kadar 60 ° C den aşağı rampa; Örnek termal döngü üzerinden alınacak kadar 4 ° C&#39;de inkübe edilir. </li><li> Yerel bir% 2 agaroz jeli hazırlayın. <ol><li> 600 ml&#39;lik bir cam kaba, agaroz 2.4 g ölçün. Behere 0.5X TBE tamponu (44.5 mM Tris-borat, pH 8.3, 1 mM EDTA) ve damıtılmış iyonu giderilmiş 30 ml su, 120 ml ilave edilir. </li><li> 3 dakika (- kaynadıktan sonra 60 saniye daha fazla veya 40) için mikrodalga. % 2 agaroz jelde konsantrasyonunu korumak için yardımcı olan, 30 ml su ilave edilerek, buharlaştırma sırasında kaybedilen su doldurun. </li><li> Bir soğuk su banyosu içinde 1 dakika için beher içindekileri döndürün. 1.2 M MgCI2, 1 ml (jel içinde 10 mM MgCI2 konsantrasyonu yapmak için) ekleyin ve jel wit ön lekeSYBR Güvenli boya h 6 ul (1: 20.000). </li><li> Kuru bir jel kutu içine jel solüsyonu dökün ve 1,5 mm kalınlığında 12 kuyu jel elektroforezi tarak yerleştirin. Düz bir platform üzerinde 30 dakika - çözelti 15 için katılaşmaya edelim. </li><li> Jel çalışan tamponu (44.5 mM Tris-borat, pH 8.3, 1 mM EDTA ve 10 mM MgCI2) jel kutusu içine dökün. Yük 2 - agaroz jeli bir kuyuya 1 kb DNA merdiveni 3 ul. (% 0.25 bromofenol mavisi, 5 mM Tris, 1 mM EDTA, 10 mM MgCl2 ve% 30 gliserol) 6X bromofenol mavisi 4 ul molekül tuval örneğin 20 ul ile karıştırılır ve bir kuyuya çözüm yük agaroz jel. </li></ol></li><li> Bir buzlu su banyosunda 100 V 2 saat için yerli% 2 agaroz Run (bir göstergesi olarak hizmet verebilir, böylece mavi gösterilen mavi bromofenol, hızlı bileşen tellerine göre daha çalışır 2 saat çalışma süresi uygun ise). </li><li> Görüntü SYBR güvenli leke için uygun bir filtre (Şekil 2B ile jel tarayıcı kullanılarak jel </strong&gt;). </li><li> Bir mavi ışık transilluminator&#39;de üzerinde keskin bir temiz jilet kullanarak 1 kb DNA merdiveni 1.500 baz çifti bandına benzer hareketlilik ile baskın bant tüketim. Bir spin kolon istenen jel parçası (ler) yerleştirin ve daha sonra bir mikrotüp havaneli kullanarak ince parçalar halinde jel ezmek. 4 ° C&#39;de 3 dakika boyunca 438 x g&#39;de santrifüjleyin. </li><li> 260 nm&#39;de ultraviyole spektrofotometre kullanılarak DNA konsantrasyonu ölçülür. <ol><li> Makineyi kalibre boş olarak ultra saf DNaz / RNaz Ücretsiz distile su 2 ul kullanın. </li><li> DNA konsantrasyonu için tahmini bir değer elde etmek için eğirme kolonundan toplanan numunenin eşdeğer hacim kullanın. 260 nm UV emilimi elde ölçülen konsantrasyon değeri (&quot;a&quot; = ng / ml) AFM ve TEM görüntüleme için seyreltme faktörü belirlemenize yardımcı olacaktır. </li><li> &quot;A&quot; (ng / ul) için &quot;B&quot; (nM) aşağıdaki b = a × 10 6 / (330 &amp; ölçülen konsantrasyon dönüştürme# 215; nükleotidlerin sayısı). NOT: Bir nükleotid molekül ağırlığı 330 g / mol&#39;dür. hesaplanan molar konsantrasyon değeri AFM ve TEM görüntüleme için seyreltme faktörünü belirler. 60 ng / | il - 28T dikdörtgen × 24H durumunda ise, saflaştırılmış bir numune için ortak ölçü yaklaşık 10&#39;dur. 12 nM - böyle bir yapı için nükleotid sayısı 14.616 Da olduğu için, molar konsantrasyon yaklaşık 2 &#39;dir. nihai konsantrasyon toplama verimi belirlenir - santrifüj ile ilgili (~ 20% 50) ve jel bant hacmi (yüksek hacim, daha saf numunenin seyreltilmesi) üzerinden çıkarılır. </li></ol></li></ol> 3. Atomik Kuvvet Mikroskobu Görüntüleme <ol><li> Düz bir yüzey elde ve görüntüleme sahneye numune disk yerleştirmek için seloteyip kullanarak bir örnek metalik diske bağlı mika soyulabilir. </li><li> 28T x 24H saflaştırılmış numunenin - (5 nM 2) 5 ul ve ardından 1X tavlama tampon A 40 ul ekleTaze bölünmüş mika yüzeye dikdörtgen. Karışım yaklaşık 2 dakika boyunca yerleşmek için izin verin. </li><li> Bir konsol tutucu üzerine AFM silisyum nitrür konsol çipi takın. Görüntüleme için; - (sabit bahar, k = 0.24 Nm -1 75 kHz 0 = 40 f rezonans frekansı) C üçgen ucu kullanın. </li><li> Görüntü sıvı dokunarak modunda bir örnek. Tarama için aşağıdaki görüntüleme parametreleri kullanın: 2 um boyutunu, çözünürlüğü 1024 hatları ve 0.5 bir tarama hızı tarama - 1 Hz (Şekil 2C). </li><li> Gerekirse, 29 bağlama DNA mika gücünü artırmak için 10 ul ya da daha fazla 10 mM NiCl 2 &#39;nin çözeltisi ilave edilir. </li></ol> Streptavidin ile etiketleme 4. Numune Hazırlama <ol><li> El ile belirli yerlerde kolu şeritler da streptavid bağlamak mümkün biyotin modifikasyon ile, anti-sap şeritlerin, tamamlayıcı olarak dahil edilmiştir, öyle ki 28T dikdörtgen x 24H tasarımÖzellikle de. <ol><li> Alt üst satırda 14 çini ve 14 çini bir aralama olarak iki nükleotid dizisi (TT) oluşan 3 &#39;17 nükleotid segment ve 15 nükleotid kolu (GGAAGGGATGGAGGA) takarak moleküler tuval değiştirin dikdörtgenin (Şekil 3A) satır sınırını etiketlemek için. Bu dizi, bir 3 &#39;biyotin değiştirilmiş bir anti-kolu telin (TCCTCCATCCCTTCC-biyotin) tamamlayıcıdır. </li></ol></li><li> İç etiketleme için 8 iç çini ve dikdörtgen (Şekil 4A) 6 sınır fayans 3 &#39;17 nükleotid segmentini ekleyin. <ol><li> 200 nM stok solüsyonu yapmak için 28T dikdörtgen (334 ipliklerini) × 24H komponent ipliklerini geri kalanı ile kolları (sınır etiketleme) ile 28 ipliklerini karıştırın. 200 nM&#39;lik stok solüsyonu elde etmek için 28T dikdörtgen (348 ip kolları) x 24H bileşen şeritlerinin geri kalanı ile kolları 14 ipliklerini (içi etiketleme) karıştırın. </li></ol></li><li> Bo için0.2 - undary etiketleme, 100 uM biyotin değiştirilmiş bir anti-sap şeritlerin 6 ul, 10X dupleksleştirme tamponu A 10 ul, damıtılmış iyonu giderilmiş su içinde 34 ul 0.1 ila şeritlerin 200 nM stok çözeltisi 50 ul ml PCR test tüpü. Bileşen telin nihai konsantrasyonu, 100 nM ve anti-sap biyotin modifiye telin nihai konsantrasyon 6000 nM&#39;dir. Anti-kolu biyotin modifiye iplikçik bağlayıcı olumlu hale getirmek için% 100 aşan yani 28 molekülleri 28T dikdörtgen × 24H için biotin değiştirilmiş iplik bağlamak, anti-kolu olduğunu unutmayın. </li><li> Içsel etiketlenmesi için, 0.1 ila şeritlerin 200 nM stok çözeltisi 50 ul 100 uM iç anti-kolu biyotin modifiye telin 3 ul 10X dupleksleştirme tamponu A 10 ul, damıtılmış iyonu giderilmiş su 37 ul - 0.2 ml PCR test tüpü. Bileşen telin nihai konsantrasyonu, 100 nM ve anti-sap biyotin modifi nihai konsantrasyonu<html> ed strand 3000 nM. 28T dikdörtgen yani anti-kolu biyotin modifiye telin × 24H anti-kolu biyotin modifiye iplik bağlama 14 molekülleri bağlayan olumlu hale getirmek için% 100 fazla olduğunu unutmayın. </li><li> 2.3 açıklanan adımları kullanılarak 17 saat süre ile, bir termal döngü bölgesindeki her iki numunenin yeniden birleşir. </li><li> Adım 2.4 de tarif edildiği gibi bir nativ,% 2 agaroz jel hazırlayın. </li><li> Adım 2.5 de tarif edildiği gibi, her iki numune saflaştınlır. </li><li> Adım 2.6 de tarif edildiği gibi arzu edilen bir DNA yapılarının konsantrasyonları ölçülür. </li></ol> Streptavidin Etiketleme için 5. Atomik Kuvvet Mikroskobu <ol><li> Resim 3. adımda (Şekil 3B ve 4B) &#39;de tarif edildiği gibi, bir AFM kullanılarak her numune. </li><li> Görüntüleme &#39;nin ilk bölümünde, örnek mi 10 mg streptavidin 1 ul / ardından 1X tavlama tampon A 40 ul ekle. Karışım (Şekil 3C ve 4C) Yeniden görüntüleme başlıyor önce yaklaşık 2 dakika boyunca oturmasına izin verin. </li></ol>BORSASI &quot;&gt; 6. Bir Tüp Into A Dikdörtgen dönüştürme <ol><li> Dikdörtgen dayalı bir tüp tasarlamak amacıyla, üst ve alt sıralar hariç yerinde bileşen SSTs tüm tutmak. Kimin SSTs tüp konformasyon (Şekil 5A) orijinal dikdörtgen siklize için kendi sütunların üst ve alt yarı fayans birleştirerek tasarlanan yeni bir satır tanıtın. </li><li> Üst ve alt sıralar (336 ip kolları), 200 nM&#39;lik stok solüsyonu elde etmek için dışı 28T dikdörtgen x 24H bileşen bölümleri ile şeritlerin yeni bir satır (14 kol) karıştırın. </li><li> 2.7 (Şekil 5B) - jel arıtma 2.2 adımları izleyin. </li></ol> 7. İletim Elektron Mikroskobu Görüntüleme <ol><li> Bir% 2 sulu uranil format leke solüsyonu hazırlamak için damıtılmış su içinde 3 ml uranil format 0.06 g tartılır. Bir şırıngaya bağlanmış bir 0.2 mikron filtre kullanılarak% 2 sulu uranil format leke çözüm filtreleyin. <ol><li> 5 ul ekleyin5 N NaOH, süzüldü leke çözeltisi 1 ml. Kısaca 20,000 x g&#39;de çözümü ve santrifüj girdap. </li></ol></li><li> 25 mA, 45 s, 0.1 mBar ve negatif High Tension polaritesi: Glow aşağıdaki ayarlarla karbon kaplı ızgaraları (kaplı tarafı yukarı bakacak şekilde) boşaltın. </li><li> Kenarından bir kızdırma deşarj tedavi ızgara kapmak için kendi kendine kapanan forseps kullanın. </li><li> 4 dakika süreyle ızgara üzerine örnek 3.5 ul pipetle. Taraftan ızgara ile temas halinde filtre kağıdı getirerek numune kapalı fitilleme filtre kağıdı parçası kullanın. </li><li> Hemen 1 dakika süreyle ızgara üzerine leke solüsyonu 3.5 ul ekleyin. </li><li> 7.4 gibi leke kapalı fitil ve 1 ızgara karşı filtre kağıdı tutun - 2 dakika. </li><li> 10 K 80 K (Şekil 5C) arasında değişen büyütme ile 80 kV işletilen bir JEOL JEM-1400 kullanarak bir TEM numune tutucu ve görüntü ızgara aktarın. </li></ol> 8. Molekül kullanma Keyfi Şekiller oluşturmaar Canvas <ol><li> Bir şekli belirlemek ve moleküler tuval üzerine şekline karşılık ipliklerini seçin. Örneğin bir üçgen şekli için, moleküler tuval için 206 362 üzerinden ipliklerini seçin. </li><li> 10 bir poli-T segment (bu üçgenin hipotenüs boyunca olduğu) maruz etki değiştirin - 11 nükleotid uzunluğunda (Şekil 6A tasarım 1), ya da maruz etki tamamlayıcı bir kenar koruyucusu ekleyin ve bunu sonlandırmak Bir 10-11 nükleotid uzunluğunda poli-T segmenti (Şekil 6A tasarım 2) toplanmayı önlemek için. NOT: Sadece (koruyucu ipliklerini kullanmadan) üçgenin piksel karşılık SSTs tavlama toplama ve jel üzerinde farklı ürün grubu oluşumuna yol açacaktır. Daha etkin kaynak olarak çeşitli şekiller için kenar koruyucusu tasarımı kullanın; o (Figür değiştirme tasarımında ilave 14 setleri kıyasla şeritlerin (Şekil 6C) sadece dört ek setleri gerektirire 6B). </li><li> Çekirdek seti (362 SST tuval), Set 1 * (Bir SST alanına 1 bağlanan kenar koruyucuları) etki alanına 2 bağlanan, Set 2 * (kenar koruyucuları içeren 310 piksel moleküler tuval için bir iplik kitaplığı oluşturma Bir SST) ve bir SST alanına 3 bağlanan 3 * (kenar koruyucuları) ayarlayın ve Set 4 * (a SST alanına 4) bağlanan kenar koruyucuları 1344 kenar koruyucuları toplam vermek. </li><li> Yaklaşık 10 s için farklı setleri için, 96 gözlü plakalar santrifüjleyin. Pipet üzerinden belirli bir şekil için bir stok solüsyonu yapmak için plakalardan arzu edilen şeritler. <ol><li> Kenar koruyucuları, pipet 2 ml santrifüj içine 1 çekirdek kümesinden 206 iplikçikleri ul, 0 seti 1 * dan, 0 set 2 * dan, sette 3 * 0 ve seti 4 * 24 ipliklerini ile bir üçgen şeklinde İçin Tüp. DNA iplikçiklerinin 400 nM&#39;lik stok çözelti yapmak için tüp damıtılmış iyonu giderilmiş su içinde 20 ul ekle. </li></ol></li><li> DNA stra 400 nM stok solüsyonu 50 ul ekleyin<html> NDS, 10X dupleksleştirme tamponu B, 0.2 mi PCR tüpü (50 mM Tris, pH 7.9, 10 mM EDTA, 125 mM MgCI2) stok çözeltisi, 40 ul distile edilmiş deiyonize H2O içinde 10 ul. Bu 1X tavlama tampon B içinde üçgen bir 100 ul numune yapan (5 mM Tris, pH 7.9, 1 mM EDTA, 12,5 mM MgCI2) lif başına yaklaşık 200 nM arasında bir konsantrasyonda bantlar. </li><li> Aşama 2.3 de tarif edildiği gibi, 17 saat, bir termal döngü karışımın tavlanması. </li><li> Aşama 2.4 de tarif edildiği gibi bir nativ,% 2 agaroz jel hazırlayın. </li><li> Aşama 2.5 de tarif edildiği gibi örnek saflaştınlır. </li><li> Adım 2.6 açıklandığı gibi DNA konsantrasyonu ölçün. </li><li> Resim 3. adımda (Şekil 7C ve 7D) &#39;de tarif edildiği gibi AFM altındaki numune. </li><li> Seçim ve aynı şerit kitaplığı kullanarak farklı şekiller için ipliklerini karıştırın. Farklı çözümler tavlama ve AFM görüntüleme sırasında zaman kazanmak için farklı şekillerde saflaştırılmış örnekleri birleştirir. </li></ol>&gt; 9 jove_title &quot;İsteğe bağlı. Şekil Tasarım ve Sıvı Karıştırma Of Robot Otomasyon <ol><li> Karmaşık şekillerin tasarımını yardımcı olmak için özel bir MATLAB programı kullanın. </li><li> Robot, sıvı tutucu bir pipetleme sekansı formunda talimatlar vermek için yazılımı kullanın. Seçin ve hedef şekli oluşturan ipliklerini karıştırmak için robot sıvı işleyicisi kullanın. NOT: Şekil tasarımı ve iplik karıştırma insan hatasını azaltmak ve inşaat daha az emek yoğun hale getirmek için otomatik edildi. </li></ol> 10. Dikdörtgenler ve Farklı Ölçekler karşısında Tüpler <ol><li> Sadece paralel helisler (H) ve helezoni sarımlardan (T) sayısına sayısını değiştirerek farklı boyutlu dikdörtgen (Şekil 10) oluşturmak. </li><li> Belirli bir boyut dikdörtgen için Adım 3 uygulayın. </li><li> Belirli bir boyut tüp Adım 6 izleyin. </li></ol>

<ol>
	<li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleic+acid+junctions+and+lattices.">Nucleic acid junctions and lattices.</a> J. Theor. Biol. 99 (2), 237-247 (1982).</li><li>Fu, T. J., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+double-crossover+molecules.">DNA double-crossover molecules.</a> Biochemistry. 32 (13), 3211-3220 (1993).</li><li>Winfree, E., Liu, F., Wenzler, L. A., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+self-assembly+of+two-dimensional+DNA+crystals.">Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals.</a> Nature. 394 (6693), 539-544 (1998).</li><li>Yan, H., Park, S. H., Finkelstein, G., Reif, J. H., LaBean, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-templated+self-assembly+of+protein+arrays+and+highly+conductive+nanowires.">DNA-templated self-assembly of protein arrays and highly conductive nanowires.</a> Science. 301 (5641), 1882-1884 (2003).</li><li>Rothemund, P. W. K., Papadakis, N., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algorithmic+self-assembly+of+DNA+Sierpinski+triangles.">Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles.</a> PLoS Biol. 2 (12), e424 (2004).</li><li>Shih, W., Quispe, J., Joyce, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+1.7-kilobase+single-stranded+DNA+that+folds+into+a+nanoscale+octahedron.">A 1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron.</a> Nature. 427 (6975), 618-621 (2004).</li><li>Chworos, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+programmable+jigsaw+puzzles+with+RNA.">Building programmable jigsaw puzzles with RNA.</a> Science. 306 (5704), 2068-2072 (2004).</li><li>Park, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finite-size,+fully-addressable+DNA+tile+lattices+formed+by+hierarchical+assembly+procedures.">Finite-size, fully-addressable DNA tile lattices formed by hierarchical assembly procedures.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 45 (5), 735-739 (2006).</li><li>Rothemund, P. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440 (7082), 297-302 (2006).</li><li>Schulman, R., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+crystals+with+a+programmable+kinetic+barrier+to+nucleation.">Synthesis of crystals with a programmable kinetic barrier to nucleation.</a> Proc. Natl Acad. Sci. USA. 104 (39), 15236-15241 (2007).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hierarchical+self-assembly+of+DNA+into+symmetric+supramolecular+polyhedra.">Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra.</a> Nature. 452 (7184), 198-201 (2008).</li><li>Yin, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+DNA+tube+circumferences.">Programming DNA tube circumferences.</a> Science. 321 (5890), 824-826 (2008).</li><li>Sharma, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+self-assembly+of+DNA+tubules+through+integration+of+gold+nanoparticles.">Control of self-assembly of DNA tubules through integration of gold nanoparticles.</a> Science. 323 (5910), 112-116 (2009).</li><li>Douglas, S. M., Dietz, H., Liedl, T., H&#246;gberg, B., Graf, F., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+DNA+into+nanoscale+three-dimensional+shapes.">Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes.</a> Nature. 459 (7245), 414-418 (2009).</li><li>Andersen, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+a+nanoscale+DNA+box+with+a+controllable+lid.">Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid.</a> Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).</li><li>Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+into+twisted+and+curved+nanoscale+shapes.">Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes.</a> Science. 325 (5941), 725-730 (2009).</li><li>Zheng, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+molecular+to+macroscopic+via+the+rational+design+of+self-assembled+3D.">From molecular to macroscopic via the rational design of self-assembled 3D.</a> DNA crystal. Nature. 461 (7260), 74-77 (2009).</li><li>Han, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+origami+with+complex+curvatures+in+three-dimensional+space.">DNA origami with complex curvatures in three-dimensional space.</a> Science. 332 (6024), 342-346 (2011).</li><li>Liu, W., Zhong, H., Wang, R., Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystalline+two-dimensional+DNA+origami+arrays.">Crystalline two-dimensional DNA origami arrays.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 50 (1), 264-267 (2011).</li><li>Zhao, Z., Liu, Y., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organizing+DNA+origami+tiles+into+larger+structures+using+preformed+scaffold+frames.">Organizing DNA origami tiles into larger structures using preformed scaffold frames.</a> Nano Lett. 11 (7), 2997-3002 (2011).</li><li>Woo, S., Rothemund, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmable+molecular+recognition+based+on+the+geometry+of+DNA+nanostructures.">Programmable molecular recognition based on the geometry of DNA nanostructures.</a> Nat. Chem. 3 (8), 620-627 (2011).</li><li>Delebecque, C. J., Lindner, A. B., Silver, P. A., Aldaye, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organization+of+intracellular+reactions+with+rationally+designed+RNA+assemblies.">Organization of intracellular reactions with rationally designed RNA assemblies.</a> Science. 333 (6041), 470-474 (2011).</li><li>Lin, C., Liu, Y., Rinker, S., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+tile+based+self-assembly:+building+complex+nanoarchitectures.">DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures.</a> ChemPhysChem. 7 (8), 1641-1647 (2006).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomaterials+based+on+DNA.">Nanomaterials based on DNA.</a> Annu. Rev. Biochem. 79 (1), 65-87 (2010).</li><li>Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+origami:+a+quantum+leap+for+self-assembly+of+complex+structures.">DNA origami: a quantum leap for self-assembly of complex structures.</a> Chem. Soc. Rev. 40 (12), 5636-5646 (2011).</li><li>Wei, B., Dai, M., Yin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+Shapes+self-assembled+from+single+stranded+DNA+tiles.">Complex Shapes self-assembled from single stranded DNA tiles.</a> Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).</li><li>Wei, B., Wang, Z., Mi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniquimer:+software+of+de+novo+DNA+sequence+generation+for+DNA+self-assembly:+an+introduction+and+the+related+applications+in+DNA+self-assembly.">Uniquimer: software of de novo DNA sequence generation for DNA self-assembly: an introduction and the related applications in DNA self-assembly.</a> J. Comput. Theor. Nanosci. 4 (1), 133-141 (2007).</li><li>Seeman, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=De+novo+design+of+sequences+for+nucleic+acid+structural+engineering.">De novo design of sequences for nucleic acid structural engineering.</a> J. Biomol. Struct. Dyn. 8 (3), 573-581 (1990).</li><li>Hansma, H. G., Laney, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+binding+to+mica+correlates+with+cationic+radius:+assay+by+atomic+force+microscopy.">DNA binding to mica correlates with cationic radius: assay by atomic force microscopy.</a> Biophys. J. 70 (4), 1933-1939 (1996).</li><li>Seelig, G., Soloveichik, D., Zhang, D. Y., Winfree, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme-free+nucleic+acid+logic+circuits.">Enzyme-free nucleic acid logic circuits.</a> Science. 314 (5805), 1585-1588 (2006).</li><li>Yin, P., Choi, H. M. T., Calvert, C. R., Pierce, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programming+biomolecular+self-assembly+pathways.">Programming biomolecular self-assembly pathways.</a> Nature. 451 (7176), 318-322 (2008).</li></ol>

The authors declare competing financial interests.

Yapı oluşumu aşamasında, kendi kendine bir araya DNA nano-DNA şerit karışımı içinde (örn., 15 mM), magnezyum katyonları, uygun bir konsantrasyonunu korumak için önemlidir. Benzer şekilde, agaroz jel karakterizasyonu / saflaştırma aşamasında, uygun bir katyon, magnezyum konsantrasyonunu korumak için önemlidir (örneğin., 10 mM) ile jel elektroforez sırasında DNA nano korumak için jel çalıştıran tamponda. 28T dikdörtgen yapıda x 24H sağlamak için, farklı bir Mg ++</...

5,8,10 - - Önceki nükleik asit öz-montaj çalışmaları 1-25 DNA 2 olmak üzere kompleks yapıların, çeşitli başarılı inşaat yol açmıştır 13,17,23 veya RNA 7,22 periyodik 3,4,7, 22 ve algoritmik 5 iki boyutlu kafesler, kurdeleler 10,12 ve tüpler 4,12,13 3D kristaller 17 polyhedra 11 ve sonlu, 2D 7,8 şekillendirir. 16,18 - - 21,25 tek bir iskele şerit karmaşık bir şekle 9,14 oluşturulması için bir çok kısa yardımcı ştapel lifleri ile katlanır ve böylece özellikle etkili bir yöntem olup, bir DNA origami Desteksiz edilir. Son zamanlarda, tek kollu bir kiremit (SST) kullanılarak önceden belirlenmiş 2B şekilleri ile ayrı ayrı nano yapımı için bir yöntem bildirilmiştir ve DNA origami 26 ile karşılaştırılabilir karmaşıklığı ile yapılar göstermişlerdir. Bu üre bizim daha önceki çalışma 26 bir uyarlama ve hassas reçete boyutları (genişlik ve uzunluklarda) ve morfolojileri ile sofistike sonlu 2B şekiller halinde ayrı ayrı adreslenebilir SSTs düzenlenmesi için protokoller detaylı anlatılmaktadır. SST yöntemin bir önemli avantaj modülerlik olduğunu. Bir yapının her bileşeni SST montaj modüler inşaat birim olarak hizmet vermektedir ve bu SSTs farklı alt grupları farklı şekiller üretirler. Böylece, kısa, sentetik DNA ipliklerini gelen öngörülen boyutları ve şekilleri ile nano inşa etmek genel bir platform kurdu. SSTs dört alan, her biri 10 ya da 11 nükleotid uzunluğunda (Şekil 1A) içerir. SSTs kendi paralel heliks çapraz bağlantıları tarafından bir arada tutulan bir DNA kafes oluşturacak şekilde, bağlanır. Her geçiş etki 2 ve 3 fosfat Görsel netlik için diyagramlar yapay gerilir arasındaki fosfat olduğunu. geçitler (&lt;arayla iki helezoni sarımlardan (21 baz) aralıklıstrong&gt; Şekil 1B). Kompozit dikdörtgenler helisler ve helisel dönüş sayısını kendi boyutlarına göre adlandırılır. Örneğin, bir dikdörtgen altı helisleri genişliğinde ve sekiz sarmal 8T dikdörtgen × bir 6H olarak başvurulan uzun döner. SSTs, sol dışarı ekledi, veya başka keyfi şekil ve büyüklükte (Şekil 1C) yapılarını oluşturmak için yeniden düzenlenebilir. Örneğin, bir dikdörtgen tasarım arzu edilen bir uzunluğu ve yarıçapına (Şekil 1D) sahip bir tüp içine haddelenebilir. Alternatif olarak, dikdörtgen SST kafes SST piksel oluşan bir molekül tuval, 7 nm her 3 nm olarak görülebilir. Bu çalışmada, 310 tam uzunlukta, iç SSTs bir molekül tuval kullanarak, Sol ve sağ sınırları oluşturan 24 tam uzunlukta SSTs, ve üst ve alt sınırları oluşturan 28 yarım uzunlukta SSTs. Tuval geçitler ile bağlantılı 24 çift helis vardır ve her bir sarmal 28 helezoni sarımlardan (294 baz) içerir ve bu nedenle olarak adlandırılır28T dikdörtgen tuval × 24H. 28T tuval x 24H, bir M13 faj iskele oluşturulan bir DNA origami yapısının benzer bir molekül ağırlığına sahiptir.

<table><tbody><tr><td>DNA Strands&amp;nbsp;</td><td>Integrated DNA Technology</td><td></td><td>Section 3.1</td></tr><tr><td>SYBR Safe DNA gel stain</td><td>Invitrogen</td><td>S33102</td><td>Section 3.4.2</td></tr><tr><td>Freeze&#039;N Squeeze DNA Gel Extraction Spin Columns</td><td>BIO-RAD</td><td>731-6166</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Bruker&#039;s Sharp Nitride Lever Probes</td><td>Bruker AFM Probes</td><td>SNL10</td><td>Section 4.3</td></tr><tr><td>Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator</td><td>Invitrogen</td><td>G6600</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Centrifuge 5430R</td><td>Eppendorf</td><td>5428 000.414</td><td>Section 3.6</td></tr><tr><td>Transmission Electron Microscope&amp;nbsp;</td><td>Jeol</td><td>Jem 1400</td><td>Section 7.4</td></tr><tr><td>Multimode 8</td><td>Veeco</td><td></td><td>Section 4</td></tr><tr><td>Typhoon FLA 9000 Laser Scanner</td><td>GE Heathcare Life Sciences</td><td>28-9558-08</td><td>Section 3.5</td></tr><tr><td>Ultrapure Distilled water</td><td>Invitrogen</td><td>10977-023</td><td>Section 3.7.1</td></tr><tr><td>Mica disk</td><td>SPI Supplies</td><td>12001-26-2</td><td>Section 4.1</td></tr><tr><td>Steel mounting disk</td><td>Ted Pella, Inc.</td><td>16218</td><td>Section 4.1</td></tr><tr><td>carbon coated copper grid for TEM</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>FCF400-Cu</td><td>Section 7.2</td></tr><tr><td>tweezers</td><td>Dumont</td><td>0203-N5AC-PO</td><td>Section 7.31</td></tr><tr><td>glow discharge system</td><td>Quorum Technologies</td><td>K100X</td><td>Section 7.2</td></tr><tr><td>DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler</td><td>BIO-RAD</td><td>PTC&amp;ndash;0240G</td><td>Section 3.3</td></tr><tr><td>Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis Systems</td><td>ThermoScientific</td><td>B2</td><td>Section 3.4.3</td></tr><tr><td>Seekam LE Agarose 500G</td><td>Lonza</td><td>50004</td><td>Section 3.4.1</td></tr><tr><td>GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, Ready-To-Use 75-20000bp</td><td>ThermoScientific</td><td>SM1333</td><td>Section 3.4.4</td></tr><tr><td>Nanodrop 2000c UV-vis Spectrophotometer</td><td>ThermoScientific</td><td></td><td>Section 3.7</td></tr><tr><td>0.2 um filter</td><td>Corning Inc.</td><td>431219</td><td>Section 7.1.2</td></tr></tbody></table>

self-assembly of complex two-dimensional shapes from single-stranded dna tiles

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this article, we describe detailed protocols on how to fabricate sophisticated 2D shapes through the self-assembly of uniquely addressable single-stranded DNA tiles which act as molecular pixels on a molecular canvas. Each single-stranded tile (SST) is a 42-nucleotide DNA strand composed of four concatenated modular domains which bind to four neighbors during self-assembly. The molecular canvas is a rectangle structure self-assembled from SSTs. A prescribed complex 2D shape is formed by selecting the constituent molecular pixels (SSTs) from a 310-pixel molecular canvas and then subjecting the corresponding strands to one-pot annealing. Due to the modular nature of the SST approach we demonstrate the scalability, versatility and robustness of this method. Compared with alternative methods, the SST method enables a wider selection of information polymers and sequences through the use of de novo designed and synthesized short DNA strands.

SSTs (Şekil 1) kendi kendine düzeneği, Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi farklı SSTs için DNA sekansları, streptavidin ile etiketleme sağlamak için optimum / değiştirilebilir., 28T dikdörtgen × 24H verim (Şekil 3 ve 4) arasında, transformasyon olacaktır Bir tüp içine dikdörtgen (Şekil 5), tüpler ve farklı boyutlarda dikdörtgenler (Şekil 10) oluşturmak için SSTs programlanabilir kendinden monta...

Watch this Scientific Journal Video about Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles at JoVE.com

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

Tek iplikli DNA Fayans Complex iki boyutlu şekiller Self-montaj

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

self-assembly-complex-two-dimensional-shapes-from-single-stranded-dna

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.6K Görüntüleme.  Tsinghua University. DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

Video: Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspired Desenli ve Reconfigurable Parçacıkların Self-assembly

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Kimya

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both stimuli and cargo can be tailored according to specific needs. Here we describe the DNA nanorobot fabrication protocol, with the use of the DNA origami technique. The procedure initiates by mixing short single-strand DNA staples into a stock mixture which is then added to a long, circular, single-strand DNA scaffold in presence of a folding buffer. A standard thermo cycler is programmed to gradually lower the mixing reaction temperature to facilitate the staples-to-scaffold annealing, which is the guiding force behind the folding of the nanorobot. Once the 60 hr folding reaction is complete, excess staples are discarded using a centrifugal filter, followed by visualization via agarose-gel electrophoresis (AGE). Finally, successful fabrication of the nanorobot is verified by transmission electron microscopy (TEM), with the use of uranyl-formate as negative stain.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

DNA Origami bir Bio-duyarlı Robot katlanması ve Karakterizasyonu

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of these applications require interaction with and adhesion of DNA nanostructures to a substrate. Due to its atomically flat and easily cleaned nature, mica has been the substrate of choice for DNA origami experiments. However, the practical applications of mica are relatively limited compared to those of semiconductor substrates. For this reason, a straightforward, stable, and repeatable process for DNA origami adhesion on derivatized silicon oxide is presented here. To promote the adhesion of DNA nanostructures to silicon oxide surface, a self-assembled monolayer of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is deposited from an aqueous solution that is compatible with many photoresists. The substrate must be cleaned of all organic and metal contaminants using Radio Corporation of America (RCA) cleaning processes and the native oxide layer must be etched to ensure a flat, functionalizable surface. Cleanrooms are equipped with facilities for silicon cleaning, however many components of DNA origami buffers and solutions are often not allowed in them due to contamination concerns. This manuscript describes the set-up and protocol for in-lab, small-scale silicon cleaning for researchers who do not have access to a cleanroom or would like to incorporate processes that could cause contamination of a cleanroom CMOS clean bench. Additionally, variables for regulating coverage are discussed and how to recognize and avoid common sample preparation problems is described.

Reproducible cleaning processes for substrates used in DNA origami research are described, including bench-top RCA cleaning and derivatization of silicon oxide. Protocols for surface preparation, DNA origami deposition, drying parameters, and simple experimental set-ups are illustrated.

DNA Origami Analiz ve Deney için Mika ve Silikon Yüzeyler Hazırlanması

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in parallel computing2,3 , recognize and bind molecular or cellular targets4,5 , catalyze chemical reactions6,7 , and generate calculated responses in a biological system8,9. Importantly, nucleic acids can be programmed to self-assemble into 2D and 3D structures10-12, enabling the integration of all these remarkable features in a single robot linking the sensing of biological cues to a preset response in order to exert a desired effect.
Creating shapes from nucleic acids was first proposed by Seeman13, and several variations on this theme have since been realized using various techniques11,12,14,15 . However, the most significant is perhaps the one proposed by Rothemund, termed scaffolded DNA origami16. In this technique, the folding of a long (&gt;7,000 bases) single-stranded DNA 'scaffold' is directed to a desired shape by hundreds of short complementary strands termed 'staples'. Folding is carried out by temperature annealing ramp. This technique was successfully demonstrated in the creation of a diverse array of 2D shapes with remarkable precision and robustness. DNA origami was later extended to 3D as well17,18 .
 
The current paper will focus on the caDNAno 2.0 software19 developed by Douglas and colleagues. caDNAno is a robust, user-friendly CAD tool enabling the design of 2D and 3D DNA origami shapes with versatile features. The design process relies on a systematic and accurate abstraction scheme for DNA structures, making it relatively straightforward and efficient.
In this paper we demonstrate the design of a DNA origami nanorobot that has been recently described20. This robot is 'robotic' in the sense that it links sensing to actuation, in order to perform a task. We explain how various sensing schemes can be integrated into the structure, and how this can be relayed to a desired effect. Finally we use Cando21 to simulate the mechanical properties of the designed shape. The concept we discuss can be adapted to multiple tasks and settings.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here, we describe how DNA origami can be utilized to design a robotic robot capable of sensing biological cues and responding by shape shifting, subsequently relayed to a desired effect.

DNA Origami bir Bio-duyarlı Robot Tasarımı

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

Biyomühendislik

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

İstikrarlı DNA motifleri, 1D ve 2D nanoyapıların küçük dairesel DNA molekülleri inşa

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA nanofabrication technique is called DNA origami, and it allows high-throughput synthesis of accurate and highly versatile structures with nanometer-level precision. Here, it is shown how the spatial information of DNA origami can be transferred to metallic nanostructures by combining the bottom-up DNA origami with the conventionally used top-down lithography approaches. This allows fabrication of billions of tiny nanostructures in one step onto selected substrates. The method is demonstrated using bowtie DNA origami to create metallic bowtie-shaped antenna structures on silicon nitride or sapphire substrates. The method relies on the selective growth of a silicon oxide layer on top of the origami deposition substrate, thus resulting in a patterning mask for following lithographic steps. These nanostructure-equipped surfaces can be further used as molecular sensors (e.g., surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)) and in various other optical applications at the visible wavelength range owing to the small feature sizes (sub-10 nm). The technique can be extended to other materials through methodological modifications; therefore, the resulting optically active surfaces may find use in development of metamaterials and metasurfaces.

Here, we describe a protocol to create discrete and accurate inorganic nanostructures on substrates using DNA origami shapes as guiding templates. The method is demonstrated by creating plasmonic gold bowtie-shaped antennas on a transparent substrate (sapphire).

Algılama Uygulamaları için İnorganik Yapıların DNA Origami Aracılı Substrat Nanodesenleme

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded oligomeric strands mediated by paired dynamic covalent interactions in a manner mimicking the thermal cycling commonly employed for the self-assembly of complementary nucleic acid sequences. Primary amine monomers bearing aldehyde and amine pendant moieties are functionalized with orthogonal protecting groups for use as dynamic covalent reactant pairs. Using a modified automated peptide synthesizer, the primary amine monomers are encoded into oligo(peptoid) strands through solid-phase submonomer synthesis. Upon purification by high-performance liquid chromatography (HPLC) and characterization by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS), sequence-specific oligomers are subjected to high-loading of a Lewis acidic rare-earth metal triflate which both deprotects the aldehyde moieties and affects the reactant pair equilibrium such that strands completely dissociate. Subsequently, a fraction of the Lewis acid is extracted, enabling annealing of complementary sequence-specific strands to form information-encoded molecular ladders characterized by matrix assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS). The simple procedure outlined in this report circumvents kinetic traps commonly experienced in the field of dynamic covalent assembly and serves as a platform for the future design of robust, complex architectures.

A protocol is presented for the synthesis of information-encoded peptoid oligomers and for the sequence-directed self-assembly of these peptoids into molecular ladders using amines and aldehydes as dynamic covalent reactant pairs and Lewis acidic rare-earth metal triflates as multi-role reagents.

Bilgi taşıyan Peptoidlerin sentezi ve Dizi yönelimli Dinamik Kovalent Öz-montaj

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m resolution, show great potential in various fields of nanotechnology such as the molecular reactors, drug delivery, and nanoplasmonic systems. The reconfigurable DNA accordion rack, which can collectively manipulate a 2D or 3D nanoscale network of elements, in multiple stages in response to the DNA inputs, is described. The platform has potential to increase the number of elements that DNA nanomachines can control from a few elements to a network scale with multiple stages of reconfiguration.
In this protocol, we describe the entire experimental process of the reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes. The protocol includes a design rule and simulation procedure of the structures and a wet-lab experiment for synthesis and reconfiguration. In addition, analysis of the structure using TEM (transmission electron microscopy) and FRET (fluorescence resonance energy transfer) is included in the protocol. The novel design and simulation methods covered in this protocol will assist researchers to use the DNA accordion rack for further applications.

We describe the detailed protocol for design, simulation, wet-lab experiments, and analysis for a reconfigurable DNA accordion rack of 6 by 6 meshes.

Tasarım ve Reconfigurable DNA akordeon raf sentezi

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...

Self-Assembly of Gamma-Modified Peptide Nucleic Acids into Complex Nanostructures in Organic Solvent Mixtures

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated media. In this article, we describe detailed protocols that enable the construction of nanofiber architectures in organic solvent mixtures through the self-assembly of uniquely addressable, single-stranded, gamma-modified peptide nucleic acid (&#947;PNA) tiles. Each single-stranded tile (SST) is a 12-base &#947;PNA oligomer composed of two concatenated modular domains of 6 bases each. Each domain can bind to a mutually complimentary domain present on neighboring strands using programmed complementarity to form nanofibers that can grow to microns in length. The SST motif is made of 9 total oligomers to enable the formation of 3-helix nanofibers. In contrast with analogous DNA nanostructures, which form diameter-monodisperse structures, these &#947;PNA systems form nanofibers that bundle along their widths during self-assembly in organic solvent mixtures. Self-assembly protocols described here therefore also include a conventional surfactant, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), to reduce bundling effects.

This article provides protocols for the design and self-assembly of nanostructures from gamma-modified peptide nucleic acid oligomers in organic solvent mixtures.

Organik Çözücü Karışımlarında Gama Modifiye Peptit Nükleik Asitlerin Kompleks Nanoyapılara Kendi Kendine Montajı

Current strategies in DNA and RNA nanotechnology enable the self-assembly of a variety of nucleic acid nanostructures in aqueous or substantially hydrated ...

Simple, Affordable, and Modular Patterning of Cells using DNA

The relative positioning of cells is a key feature of the microenvironment that organizes cell-cell interactions. To study the interactions between cells of the same or different type, micropatterning techniques have proved useful. DNA Programmed Assembly of Cells (DPAC) is a micropatterning technique that targets the adhesion of cells to a substrate or other cells using DNA hybridization. The most basic operations in DPAC begin with decorating cell membranes with lipid-modified oligonucleotides, then flowing them over a substrate that has been patterned with complementary DNA sequences. Cells adhere selectively to the substrate only where they find a complementary DNA sequence. Non-adherent cells are washed away, revealing a pattern of adherent cells. Additional operations include further rounds of cell-substrate or cell-cell adhesion, as well as transferring the patterns formed by DPAC to an embedding hydrogel for long-term culture. Previously, methods for patterning oligonucleotides on surfaces and decorating cells with DNA sequences required specialized equipment and custom DNA synthesis, respectively. We report an updated version of the protocol, utilizing an inexpensive benchtop photolithography setup and commercially available cholesterol modified oligonucleotides (CMOs) deployed using a modular format. CMO-labeled cells adhere with high efficiency to DNA-patterned substrates. This approach can be used to pattern multiple cell types at once with high precision and to create arrays of microtissues embedded within an extracellular matrix. Advantages of this method include its high resolution, ability to embed cells into a three-dimensional microenvironment without disrupting the micropattern, and flexibility in patterning any cell type.

Here we present a protocol to micropattern cells at single-cell resolution using DNA-programmed adhesion. This protocol uses a benchtop photolithography platform to create patterns of DNA oligonucleotides on a glass slide and then labels cell membranes with commercially available complementary oligonucleotides. Hybridization of the oligos results in programmed cell adhesion.

DNA Kullanarak Hücrelerin Basit, Uygun Fiyatlı ve Modüler Deseni

The relative positioning of cells is a key feature of the microenvironment that organizes cell-cell interactions. To study the interactions between cells ...