저자는 매우 가치있는 토론과 조언, 도움이 토론과 작업 바첼 레트 연구소의 모든 구성원에 대한 S. 더글러스을 감사드립니다. 이 작품은 바 - 일란 대학의 생명 과학 학부 및 나노 기술 및 신소재 연구소에서 보조금에 의해 지원됩니다.

스테이플 풀 혼합물 1. 준비 <ol><li> 표 1에 열거 된 96 웰 플레이트에 주문 동결 건조 된 DNA 나노 로봇 스테이플 (자료 참조) 10 nmol의 정상화. DNA의 나노 로봇의 설계 및 아키텍처에 대한 자세한 설명은 벤 Ishay 등. (14)와 더글라스 등의 알을 참조하십시오. 15). </li><li> 100 μM의 농도로 각 주식 잘와 DNase의 /의 RNase없는 초순수를 복원합니다. 스테이플 10 nmol의 정규화를 들어, 초순수 100 ㎕로 재구성한다. </li><li> 풀 멀티 채널 피펫과 멸균 55 ㎖의 솔루션 유역을 사용하여 각 단의 함께 20 μL. 참고 : 나노 로봇 모양, 스테이플 풀의 스테이플 각각의 농도 (코어, 가장자리, 핸들 및 가이드 서열 표 1 포함) 254 스테이플 가닥으로 구성되어 있기 때문에 394 ㎚이다. 스테이플 풀에서 스테이플을 제거, 또는 다른 권에 몇 가지를 추가을 메 상당히 수율을 감소 시키거나 그렇지 않으면 펼쳐진 집계 될 수 있습니다. </li></ol> 제조 된 반응 혼합물의 제조 (2) <ol><li> 표준 반응 혼합물은 (자료 참조, 100 nm의 원액) 발판 DNA의 4 pmol의에 해당하는 M13mp18 바이러스 게놈 원형의 단일 가닥 DNA의 40 μl를 사용합니다. 제조 혼합물에 비계의 최종 농도는 20 nM의 최종 볼륨 200 μl를합니다. <ol><li> 특정 요구에 따라, 골격 DNA의 양을 조절; 그러나, 20 nm에서 일정한 반응 혼합물에 DNA 골격의 최종 농도를 유지한다. </li></ol></li><li> 각각 1-10의 스테이플 비율 발판에 도달 스테이플을 추가합니다. 20 ㎚ 골격 DNA 농도를 들어, 스테이플 (254) &#39;의 최종 농도는 각각 200 ㎚이다. 200 μl의 최종 반응 볼륨에 대한 스테이플 풀 혼합물 (1.2 절)의 102 μl를 추가합니다. <ol><li> 토륨 별도로 특정 게이트 시퀀스를 추가이때 E 폴딩 반응 혼합물. 이러한 올리고 별도로 주문 및 HPLC 정제를 필요로한다. 20 나노 지지체의 농도에 대한 각 올리고의 즉, 200 nm의, 게이트 올리고는 1:10 발판 게이트에 시퀀스 비율에 있는지 확인합니다. 200 μL 접는 반응 부피를 들어, 100 μm의 재고 농도에있는 4 개의 게이트 올리고 각 0.4 μl를 추가합니다. </li></ol></li><li> 1X TAE (40 mM 트리스 - 아세테이트, 1mM의 EDTA)의 최종 농도에 도달하는 10 배 스톡 TAE 버퍼를 추가한다. 200 μL 접는 반응 볼륨의 경우, 10 배 TAE의 20 μl를 추가합니다. </li><li> 10 mM의 최종 농도는 1 M의 MgCl 2를 추가한다. 200 μL 접는 반응 볼륨의 경우, 1 M의 MgCl 2의 2 μl를 추가합니다. </li><li> 200 μL의 최종 볼륨에 도달에 DNase의 /의 RNase 무료 초순수의 36 μl를 추가합니다. </li><li> PCR 튜브에 소용돌이와 나누어지는 100 μL 샘플. 참고 : 사용할 수있는 최대 반응 볼륨에 대한 열 자전거 타는 사람 사양을 참조하십시오.이러한 제한 사항을 충족하기 위해 볼륨을 줄이면 얻어진 수율을 감소하지 않습니다. 수율을 위태롭게 지정된 최대 상기 반응 볼륨. </li></ol> 제조 반응의 3 어닐링 온도 경사로 <ol><li> 프로그램 열 자전거 타는 사람은 다음과 같습니다 : <ol><li> 5 분 / ° C의 속도로 60 ° C에 85 ° C를 램프. </li><li> 램프 60 ℃ 75 분 / ° C의 속도로 4 ° C까지. </li><li> 무기한 4 ° C에서 잡으십시오. </li></ol></li><li> 후 제조는 -20 ° C에서 저장 샘플을 종료되었습니다. </li></ol> 초과 스테이플 4. 제거 <ol><li> 100 kDa의의 MWCO와 0.5 ml의 원심 필터에 접는 반응 혼합물을 100 μl를 추가합니다. 나중에 분석을위한 나노 로봇 사전 정화의 10 μL 샘플을 저장합니다. </li><li> 9,600 X g에서 10 분 동안 원심 분리기. </li><li> 접는 버퍼 400 μL (1X TAE, 10 밀리미터의 MgCl 2)를 추가합니다. </li><li> 반복 두 번 더 4.2 및 4.3 단계를 반복합니다. </li><li>9,600 X g에서 5 분 동안 원심 분리기. </li><li> 9,600 × g으로 1 분간 클린 microcentrifuge 관과 스핀 거꾸로 필터를 배치하여 농축 물을 회수. 최종 부피는 필터에 넣고 제조 반응 혼합물의 초기 양에 따라 변할 수있다. 전형적으로 농축 된 나노 로봇 샘플 25-60 ㎕의 최종 부피를 얻을 수있다. </li><li> 260 nm에서 분광 광도계를 통해 시료에서 DNA의 농도를 측정한다. 나노 로봇 샘플의 몰 농도를 계산할 때 5.3 μg의 / pmol의 분자량을 사용합니다. 참고 : dsDNA의 몰 흡광 계수, 50 μg의 / OD (260)는, 대부분의 응용 프로그램에 충분합니다. 48 μg의 / OD (260)는 가장자리 스테이플에서 계정에 ssDNA를 뻗어 폴리 티민 걸립니다. </li></ol> 접이식 나노 로봇 5. 아가로 오스 젤 전기 영동 분석 <ol><li> 0.5X TBE에 (45 mM 트리스 - 보레이트, 1 mM의 EDTA), 2 % 아가 로즈 겔의 제조 된 10 mM의 MgCl 2 보충 </suB&gt; (에르네스토 카스트로 등의 알에서 적응 21.) : <ol><li> DDH 2 O의 118.75 ml의 10 배 TBE 스톡 버퍼의 6.25 mL로 희석하여 0.5 배의 TBE 버퍼를 준비 </li><li> 0.5 배의 TBE 버퍼의 125 ㎖에 아가로 오스의 2.5 g을 녹인다. </li><li> 아가로 오스가 완전히 녹을 때까지 마이크로파에 끓인다. </li><li> 10 mm의 최종 농도 1 M의 MgCl 2의 1.25 ML을 추가합니다. </li><li> 10 mg을 7 μl를 추가 / ㎖ 에티 디움 브로마이드. </li><li> 약간 냉각 솔루션을 기다린 아가 로스 젤 응고 전에 젤 트레이를 입력합니다. 즉시 원하는 빗를 설치합니다. </li><li> DDH 2 O의 940 ml의 0.5 배의 TBE의 MgCl 2 배 TBE 스톡 버퍼 50 ㎖와 1 M 10 ㎖를 추가하여 버퍼를 실행 한 L 준비 </li><li> 겔을 빙욕에서 전기 영동 장치에 넣어 버퍼 장치를 실행 고체가 추가되면. </li></ol></li><li> 비계와 함께 나노 로봇 사전 정화의 부하 1 μg의 전체 DNA (3.2 단계), 사후 정화 (단계 4.7),DNA 샘플 겔 상 1킬로바이트의 DNA 마커. 예를 그림 2에 제시되어있다. 샘플의 실제 볼륨은 정제 후의 농도에 따라 달라집니다. (6) 최종 부피 비율 : 각각의 샘플은 1에서 로딩 완충액으로 로딩된다. </li><li> 80 V에 전원을 설정하고 3 시간 동안 젤을 실행합니다. 얼음과 물이 가득 욕조에 젤을 실행합니다. 나노 로봇이 전개와 아가로 오스 겔 전기 영동 동안 가열하면 얼룩으로 표시됩니다. 전기 영동 동안 가열에서 장치를 유지하기 위해 추가로 얼음을 추가합니다. </li><li> 자외선 테이블에보기 젤 (그림 2). </li></ol> 우라 닐 - 메이트와 나노 로봇의 6 부정적 얼룩 <ol><li> 2 % 우라 닐 - 메이트 원액의 제조 (카스트로 등의 알에서 적응 23.) : <ol><li> 15 ML 튜브에 우라 닐 - 메이트 분말 100 mg의 무게. </li><li> 3 분 동안 삶아의 DNase /의 RNase 무료 초순수는 탈 산소 물을 수 있습니다. </li><li> 환원 된 뜨거운 물 5 mL를 추가 (~ 60 ° C)(이전 단계) 우라 닐 포르 메이트를 함유하는 분말을 15 ㎖의 튜브에. 단단히 가까운 뚜껑, (소용돌이에 고정시킵니다 튜브) 엄격하게 10 분 동안 알루미늄 호일과 소용돌이에서 랩. 솔루션 노란색 컬러와 함께 혼탁 나타납니다. </li><li> 0.2 μm의 주사기 여과한다을 통해 필터 솔루션입니다. 해결 방법은 명확하게해야한다. </li><li> 분취 액을 마이크로 원심 튜브에 용액 200 μL. </li><li> 튜브의 하단에 풀 샘플 테이블 탑 원심 분리기에서 5 분 동안 최대 속도로 원심 분리기. </li></ol></li><li> 그리드 및 음의 염색에 샘플의로드 : <ol><li> 2 % 우라 닐 - 메이트 용액 (6.1 절에서 제조)의 200 μL 나누어지는 해동. 3 분 동안 엄격 0.5 M NaOH 용액과 소용돌이의 10 μl를 추가합니다. 테이블 탑 원심 분리기를 이용하여 5 분 동안 최대 속도로 원심 분리기. </li><li> 한편, 글로우 방전 그리드는 0.2 mbar에서 실내 공기를 사용하여 25mA 30 초. </li><li> 정화 후 2 나노 미터 나노 로봇 샘플의 15 μl를 추가합니다 (섹션에 ì그리드의 위쪽 상 4.7)에 (집게 개최) 1 분 동안 흡수 할 수 있습니다. 여과지 위에 그리드를 배치하여 여분의 액체를 배출 여과지를 사용합니다. 그리드 표면을 만지지 마십시오. </li><li> 그리드의 위쪽에 (단계 6.2.1에서) 2 % 우라 닐 - 메이트의 10 μl를 추가 (집게 개최). </li><li> 신속 여과지 위에 그리드를 배치하여 여분의 액체를 배출 여과지를 사용합니다. 그리드 표면을 만지지 마십시오. </li><li> 반복 6.2.4와 6.2.5 단계를 반복합니다. </li><li> 그리드의 위쪽에 (단계 6.2.1에서) 2 % 우라 닐 - 메이트의 10 μl를 추가 (집게 개최). 염색 용액을 30 초 동안 흡수 보자. </li><li> 여과지 위에 그리드를 배치하여 여분의 액체를 배출 여과지를 사용합니다. 그리드 표면을 만지지 마십시오. </li><li> 그리드, 적어도 30 분 동안 완전히 건조 TEM에 주입하기 전에, 필터 종이에까지 직면하자. </li></ol></li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

우리는 DNA의 나노 로봇의 제조, 정제 및 시각화를 설명했다. 장치의 육방 섀시의 제작 후, 나노 로봇의 기능을 용이하게 때문에 가능한 단일 가닥 도킹 위치 (14)와 수소 결합 상보성에 그 지정 위치를 찾을 로봇 특정화물의 간단한 소개와 감지 가닥 프로그래밍 , 15, 22. 기재된 제조 프로토콜은 일반적으로 접기 광범위한 형상 폴드 연구실에서 사용되는 느린 ?...

핵산 나노 기술의 사용은 놀라운 있습니다. 왓슨 - 크릭 염기 쌍의 취급 용이성뿐만 아니라 주문품 올리고 2의 대규모 합성의 용이성 및 상대적 저비용 DNA 나노 기술의 분야에서 응용 프로그램 (3)의 폭발 및 연구를 생성했다. 기본적인 빌딩 블록으로 움직이지 시먼 접합 4,5에 기반 구조의 DNA 나노 기술은 임의의 모양 6-8의 건설을위한 자기 조립 초 단위로 DNA를 사용합니다. 스캐 폴딩 DNA 종이 접기 (9) 기술의 최근 개발은 나노 미터 이하의 정밀도와 복잡한 2D / 3D 나노 구조 10-12의 건설을 허용하고 증가하는 복잡성과 놀라운 다양성과 새로운 기능 객체를 구축하기위한 효율적인 경로입니다. 건조 공정이 긴 골격 단일 가닥 DNA에 기초하고, 일반적으로 바이러스로부터 유래 genom짧은 단일 가닥 DNA를 올리고 수백의 교잡을 통해 접을 수있는 전자는 스테이플 불린다. 제조의 재현성을 달성 할 수있는 최대의 수소 결합 상보성을 용이하게하기 위해 짧은 단일 가닥 스테이플 서열 원단의 결과 동안이 기술에 의해 얻어진 높은 구조적 해상도, DNA 이중 나선의 천연 치수의 직접적인 결과이다. 느린 어닐링 온도를 사용하여 열역학적으로 바람직한 나노 구조물을 고 수율 및 정확도에 도달 할 때 설계는 낮은 에너지를, 램프. 컴퓨터 코드의 접합부 설계 규칙의 구현은 매우 쉽게 연결 접합부 수백 함유 크고 복잡한 구조물을 설계하는 등의 작업을 단순화 caDNAno 13 CAD 도구의 개발을 활성화. 우리는 이전에 caDNAno 공구 14,15의 도움으로 DNA의 나노 로봇의 디자인을 설명했다. 여기에 우리가 제작을 묘사하고투과 전자 현미경 (TEM)을 통해 시각화의 차원 나노 로봇, 3 차원 중공 육방 나노 소자의 소정의 자극과 본 구체적인화물에 응답 주요 형태 변화를 겪게하도록 설계된 35 X 35 X 50 내지 3, 이러한 단백질 또는 핵산으로 올리고, 안쪽 압수. 로딩 스테이션 (12)은 중공 내부 섀시 사용할 수 있지만, 바인딩화물의 실제 수는화물의 크기와 다르다. 화물 분자는 작은 DNA 분자에서 효소, 항체 및 5 ~ 10 nm의 금 나노 입자에 이르기까지 다양합니다. 각각의 나노 로봇은 다른 분자의 혼합물을 함유하도록, 균일 또는 불균일 될 Cargocan 하나. 감지는 aptasensor 16, 17 또는 DNA 가닥 변위 (18) 기술 중 하나, 단백질, 핵산 또는 다른 화학 물질을 감지하는 두 개의 더블 헬리컬 잠금 게이트 디자인을 통해 달성을 기반으로합니다. 앱 타머 선택 프로토콜 19-21에서 최근의 발전 응답 나노 로봇의 디자인을 사용분자 및 세포 유형의 범위도 증가한다. 초기 연구는 항원에 결합하는 억제 성 또는 혼합 된 세포 집단 (15)의 특정 세포 유형의 내부에 다작 신호를 릴레이 할 때 특이 적 항체를 운반 나노 로봇을 보였다. 이러한 나노의 흥미로운 기능은 하나의 집단에서 서로 다른 나노 로봇 하위 유형의 도입으로 더욱 복잡한 작업 및 로직 제어를 수행 할 수있는 능력이다. 최근에 우리는 활성화물 분자 (22)를 포함하는 이펙터 인구를 제어, 양 또는 음의 규제 중 하나로 수행하는 나노 로봇의 특정 아형을 보여 주었다. 여기에 제시된 프로토콜은 나노 로봇 15, 22의 개방을 용이하게하기 위해 선택적으로 결합 PDGF 앱 타머 센서 서열 게이팅 나노 로봇의 제조, 정제 및 이미지를 설명한다. 설명 된 제조 공정과 유사한 N정제 수율 및 속도를 증가시키면서 anorobot 제작 공정은 먼저, 더글라스 외. 전체 공정 시간을 줄이기위한 변화 (15)에 의해 도시.

<table><tbody><tr><td>DNase/RNase free distilled water</td><td>Gibco</td><td>10977</td><td></td></tr><tr><td>M13mp18 ssDNA scaffold</td><td>NEB</td><td>N4040S</td><td></td></tr><tr><td>10x TAE</td><td>Gibco</td><td>15558-042</td><td></td></tr><tr><td>1 M MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Ambion</td><td>AM9530G</td><td></td></tr><tr><td>Amicon Ultra 0.5 ml centrifugal filter 100K MWCO</td><td>Amicon</td><td>UFC510024</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Promega</td><td>V3125</td><td></td></tr><tr><td>TBE buffer</td><td>Promega</td><td>V4251</td><td></td></tr><tr><td>Ethidium bromide 10&amp;nbsp;mg/ml solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>E1510</td><td></td></tr><tr><td>1 kb DNA marker</td><td>NEB</td><td>N3232S</td><td></td></tr><tr><td>Loading Dye</td><td>NEB</td><td>B7021S</td><td></td></tr><tr><td>uranyl formate</td><td>polysciences</td><td>24762</td><td></td></tr><tr><td>carbon-coated TEM grids&amp;nbsp;</td><td>Science services</td><td>EFCF400-Cu-50</td><td></td></tr><tr><td>Thermal Cycler c1000 Touch</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Glow Discharge K100X</td><td>Emitech</td><td></td><td></td></tr><tr><td>UV table Gel Doc EZ Imager</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NanoDrop 2000c</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TEM FEI-G12</td><td>Tecnai</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

folding and characterization of a bio-responsive robot from dna origami

DNA의 나노 로봇은 내부 압수 특정 자극과 현재화물에 대한 응답으로 열 수 있도록 설계 중공 육각형 나노 장치이다. 모두 자극 및화물 특정 필요에 따라 맞출 수 있습니다. 여기에서 우리는 DNA 종이 접기 기술을 이용하여, DNA의 나노 로봇 제조 프로토콜을 설명합니다. 절차는 폴딩 완충액의 존재하에 긴 원형의 단일 가닥 DNA 골격에 첨가 스톡 혼합물에 짧은 단일 가닥 DNA 스테이플을 혼합함으로써 개시한다. 표준 열 사이 클러 서서히 나노 로봇의 폴딩 뒤에 안내 힘 스테이플 간 지지체 소둔을 용이하게하기 위해 혼합 반응 온도를 낮추기 위해 프로그래밍된다. 60 시간 폴딩 반응이 완료되면, 과량의 스테이플은 아가 로스 겔 전기 영동 (AGE)을 통해 가시화 하였다 원심 필터를 이용하여 폐기된다. 마지막으로, 나노 로봇의 성공적인 제조는 (TEM) 투과 전자 현미경에 의해 확인되고,부정적인 얼룩 등의 우라 닐 - 메이트의 사용과.

대표적인 결과는도 2a에 도시된다. 모든 차선은 분광 광도계 (OD 260)를 통해 측정 된 총 DNA의 1 μg의가 포함되어 있습니다. 원형의 단일 가닥 DNA의 골격 (레인 2)과 비교하여, 나노 로봇이 그들의 높은 분자량 겔에 방해된다, 발판의 DNA에 스테이플 하이브리드의 결과 (레인 3 빨간색 화살표). 레인 3의 저 분자량 밴드는 발판의 DNA (녹색 화살표)에 결합하지 않은 초과 스테이플을 나...

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

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 접기에서 바이오 응답 로봇의 폴딩 및 특성화

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

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14.4K 조회수.  Bar-Ilan University. 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). 

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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.

종이 접기 고취 패턴 및 재구성 입자의 자기 조립

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

연구

화학

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.

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.

단일 가닥 DNA 타일에서 단지 두 차원 모양의 자기 조립 (self-assembly)

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

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 종이 접기 분석 및 실험에 대한 운모와 실리콘 기판의 제조

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 종이 접기에서 바이오 반응 로봇을 설계

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

생체공학

Production of Dynein and Kinesin Motor Ensembles on DNA Origami Nanostructures for Single Molecule Observation

Cytoskeletal motors are responsible for a wide variety of functions in eukaryotic cells, including mitosis, cargo transport, cellular motility, and others. Many of these functions require motors to operate in ensembles. Despite a wealth of knowledge about the mechanisms of individual cytoskeletal motors, comparatively less is known about the mechanisms and emergent behaviors of motor ensembles, examples of which include changes to ensemble processivity and velocity with changing motor number, location, and configuration. Structural DNA nanotechnology, and the specific technique of DNA origami, enables the molecular construction of well-defined architectures of motor ensembles. The shape of cargo structures as well as the type, number and placement of motors on the structure can all be controlled. Here, we provide detailed protocols for producing these ensembles and observing them using total internal reflection fluorescence microscopy. Although these techniques have been specifically applied for cytoskeletal motors, the methods are generalizable to other proteins that assemble in complexes to accomplish their tasks. Overall, the DNA origami method for creating well-defined ensembles of motor proteins provides a powerful tool for dissecting the mechanisms that lead to emergent motile behavior.

The goal of this protocol is to form ensembles of molecular motors on DNA origami nanostructures and observe the ensemble motility using total internal reflection fluorescence microscopy.

단일 분자 관찰을 위한 DNA 종이 접기 나노 구조에 다인 및 키네신 모터 앙상블 생산

Cytoskeletal motors are responsible for a wide variety of functions in eukaryotic cells, including mitosis, cargo transport, cellular motility, and ...

생화학

Gene-therapy Inspired Polycation Coating for Protection of DNA Origami Nanostructures

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in physiological fluids induce denaturation and degradation of self-assembled DNA nanostructures. In non-viral gene delivery, enzymatic degradation of DNA is overcome by the encapsulation of the negatively charged DNA in a cationic shell. Herein, inspired by gene delivery advancements, a simple, one-step and robust methodology is presented for the stabilization of DNA origami nanostructures by coating them with chitosan and linear polyethyleneimine. The polycation coating efficiently protects DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media. This method also preserves the full addressability of enzyme- and aptamer-based functionalization of DNA nanostructures.

Here, a protocol for the protection of DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media using natural cationic polysaccharide chitosan and synthetic linear polyethyleneimine (LPEI) coatings is presented.

유전자 치료 DNA 종이 접기 Nanostructures의 보호를 위한 Polycation 코팅을 영감

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in ...

Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates

The inherent addressability of DNA origami structures makes them ideal templates for the arrangement of metal nanoparticles into complex plasmonic nanostructures. The high spatial precision of a DNA origami-templated assembly allows controlling the coupling between plasmonic resonances of individual particles and enables tailoring optical properties of the constructed nanostructures. Recently, chiral plasmonic systems attracted a lot of attention due to the strong correlation between the spatial configuration of plasmonic assemblies and their optical responses (e.g., circular dichroism [CD]). In this protocol, we describe the whole workflow for the generation of DNA origami-based chiral assemblies of gold nanorods (AuNRs). The protocol includes a detailed description of the design principles and experimental procedures for the fabrication of DNA origami templates, the synthesis of AuNRs, and the assembly of origami-AuNR structures. In addition, the characterization of structures using transmission electron microscopy (TEM) and CD spectroscopy is included. The described protocol is not limited to chiral configurations and can be adapted for the construction of various plasmonic architectures.

We describe the detailed protocol for the DNA origami-based assembly of gold nanorods into chiral plasmonic metamolecules with strong chiroptical responses. The protocol is not limited to chiral configurations and can be easily adapted for the fabrication of various plasmonic architectures.

DNA 종이 접기 서식 파일을 사용 하 여 키 랄 Plasmonic Metamolecules로 금 Nanorods의 조립

The inherent addressability of DNA origami structures makes them ideal templates for the arrangement of metal nanoparticles into complex plasmonic ...

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).

감지 응용 을 위한 무기 구조물의 DNA 종이접기 중재기 나노patterning

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

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

모듈형 DNA 장치 조립 로봇 액체 처리 자동화

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

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.

재구성 가능한 DNA 아코디언 랙의 설계 및 합성

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 ...