이 작품은 해군 연구소 젊은 탐정 프로그램 상 N000141110914, 해군 연구비 N000141010827의 사무실, NSF 경력 상 CCF1054898, NIH 감독의 새로운 혁신 상 1DP2OD007292의 오피스와 (PY에) 생물학적 영감 공학 학부 시작 기금 위스 연구소에 의해 투자되었다 칭화 - 베이징 (BW에) 생명 과학의 시작 기금 센터.

1. DNA 시퀀스 디자인 <ol><li> 28T 캔버스 × 24H를 만들 이중 나선, 각각의 이중 나선을위한 상하 나선의 길이의 수, 교차 패턴을 지정하여 SST-한정된 구조를 설계 UNIQUIMER 소프트웨어 (27)를 사용한다. 이러한 매개 변수를 정의한 후, 전체 구조 (스트랜드 조성물 및 상보성 배열)은 그래픽 프로그램에서 도시된다. </li><li> 보완 장치 및 추가 요구 사항 (있는 경우)를 충족시킬 수있는 특정 구조의 가닥을위한 시퀀스를 생성합니다. (구조체의 대부분) 서열 28 대칭성을 최소화하여 DNA 서열을 디자인. <ol><li> 뉴클레오티드 (A, C, G 및 T)에 의해 하나 하나를 랜덤하게 생성한다. </li><li> T와 반대로; 것과 상보 일치 뉴클레오티드 염기쌍 규칙 다음 생성 C G와 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. </li><li> 8-9 뉴클레오티드 이상 반복 세그먼트를 사용하지 마십시오. 때와 같은 대표반복 세그먼트 요건이 만족 될 때까지 세그먼트를 설계 중에 등장 먹고, 가장 최근에 생성 된 뉴클레오티드 돌연변이. </li><li> 4 개의 연속적인 A, C, G, 또는 T 염기를 사용하지 마십시오. </li><li> 두 경우에, 즉 (결합 지점 주위 염기 슬라이딩 피하기 위해 (가닥의 대부분을, 각각 제 21 및 스물두번째 뉴클레오티드 예 T 및 G에 대한) 단일 가닥 결합 지점에서 미리 - 특정 뉴클레오티드를 사용 스물한번째 및 스물두번째 뉴클레오티드는 제 22 뉴클레오티드가)에 결합하도록되어 있음 21 뉴클레오티드는 염기에 결합하는 것이 가능했다, T이었다. </li></ol></li><li> 스트렙 라벨, 튜브에 사각형 변형, 다른 직사각형 및 다른 비늘에 걸쳐 튜브의 형성을 위해 수동 DNA 서열을 수정 SST에 노출 된 영역에 의한 응집을 방지 할 수있다. <ol><li> 폴리-T의 TRA와 분자 캔버스의 경계에 노출 된 도메인을 교체CTS. </li><li> 스트렙 라벨링, 그들은 3 &#39;비오틴이 수정 된 안티 핸들 스트랜드를 수용 할 수 있도록 손잡이 부분 (예컨대 안티 핸들 가닥으로 상보 상대방에 결합 할 수있는 성분 가닥 추가 엑스트라 세그먼트) 설계. </li><li> 튜브에 사각형의 변환의 경우, 사각형에서 상단과 하단 행을 제거하고 누구의 해수면 온도 맨 윗줄에 두 번째와 맨 아래 행에 두 번째에 해당 타일에 특정 보완이 새 행을 삽입합니다. </li><li> 다른 모양의 노출 된 단일 가닥 도메인의 경우, 10 ~ 11 뉴클레오티드 길이의 폴리-T 세그먼트로 교체, 또는 노출 된 도메인을 보완하고 10 ~ 11 뉴클레오티드 긴 폴리-T 세그먼트와 종료 가장자리 보호 장치에 의해 커버한다. </li></ol></li></ol> 분자 캔버스 2. 준비 <ol><li> oligonucleoti로부터의 RNase가없는 물에 용해 지정된 서열의 DNA 가닥 성분을 구하는표준 탈염와 10 nmol의 규모에 합성 올리고 뉴클레오티드와 V 바닥 96 웰 플레이트에 드 제조 업체. 원심 분리기 600 × g에서 약 10 초 동안 DNA 가닥과 함께 96 웰 플레이트. <ol><li> 피펫 2ml를 시험관에 가닥 당 100 μM (제조업체 사양)에서 28T 사각형 (그림 3A) × 24H에 대한 DNA 가닥과 362 우물에서 각각 1 μL. 가닥 당 200nm의 농도 가닥 혼합물의 스톡 용액을 만들기 위해 2 mL를 시험관에 증류수 탈 H 2 O의 138 μl를 추가. </li></ol></li><li> 스트랜드 혼합물, 10X 어닐링 버퍼 (50 mM 트리스, 산도 7.9, 10 mM의 EDTA, 250 mM의의 MgCl 2), 및 증류수 탈 H의 40 μL 2 O 0.2에 10 μL의 200 nm의 주식 솔루션의 50 μl를 추가 ㎖의 PCR 튜브. 이것은 1X 어닐링 버퍼 내의 분자 캔버스 100 μL 샘플을 만든다 (5 mM 트리스, pH가 7.9, 1 mM의 EDTA, 25 mM의의 MgCl 2). </li><li> SAMPL을 어닐링25 ° C ~ 90 ° C에서 냉각 열 자전거 타는 17 시간 동안 전자. 다음 프로그램 서열 증폭기는 : C ° 당 5 분의 일정 속도로 61 ° C로 90 ° C에서 램프 다운; C °마다 20 분의 일정 속도로 25 ° C로 60 ° C에서 램프 다운; 샘플을 열 순환기 취출 될 수있을 때까지 4 ℃에서 배양한다. </li><li> 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. <ol><li> 600 ml의 비이커에 아가로 오스의 2.4 G를 측정한다. 비커 0.5X TBE 완충액 (44.5 mM 트리스 - 보레이트, pH가 8.3, 1 mM의 EDTA) 및 증류수, 탈 이온수 30㎖를 120 ml에 추가. </li><li> 3 분 (- 끓는 후 60 초 이상 또는 40)에 대한 마이크로 웨이브. 2 %의 아가 로스 겔에서의 농도를 유지하는 데 도움이 물 30 mL를 첨가하여 증발 중에 손실을 보충 물. </li><li> 냉수 조에서 1 분 동안 비커의 내용물을 소용돌이. 1.2 M의 MgCl 2의 1 ml의 (겔 10 mM의의 MgCl 2 농도를 만들기 위해) 추가 겔 재치를 미리 얼룩SYBR 안전 염료 H 6 μL (1 : 20,000). </li><li> 건조 겔 상자에 겔 용액을 붓고 1.5 mm의 두께를 12도 겔 전기 빗를 삽입합니다. 심지어 플랫폼에서 30 분 - 솔루션은 15 공고히하자. </li><li> 젤 실행 버퍼 (44.5 mM 트리스 - 보레이트, pH가 8.3, 1 mM의 EDTA, 10 mM의의 MgCl 2) 겔 상자에 부어. 로드 2 - 아가 로스 겔의 웰에 1킬로바이트의 DNA 사다리 3 μL. (파란색 0.25 % 브로 모 페놀, 5 mM 트리스, 1 mM의 EDTA, 10 mM의의 MgCl 2, 30 % 글리세롤) 6X 브로 모 페놀 블루 염료의 4 μL 분자 캔버스의 샘플 20 μL와 혼합하고, 또 다른 우물에 솔루션을로드 아가 로스 젤. </li></ol></li><li> 빙수 조에서 100 V로 2 시간 동안 기본 2 % 아가로 오스를 실행 (이것은 지표로서 역할을 할 수 있도록 청색에 도시 브로 모 페놀 블루, 빠른 성분 가닥보다 실행되도록 2 시간 실행 시간은 적절한 경우). </li><li> 이미지 SYBR 안전한 염색을위한 적절한 필터 (도 2B와 겔 스캐너를 사용하여 젤 </strong&gt;). </li><li> 청색광 transilluminator가에서 날카로운 깨끗한 면도날을 사용 1킬로바이트의 DNA 래더 1,500 염기쌍 밴드 유사한 이동성 지배적 대역을 절제. 스핀 열에서 원하는 젤 조각 (들)을 배치 한 후 마이크로 튜브 유봉을 사용하여 미세 조각으로 젤을 분쇄. 4 ℃에서 3 분 동안 438 XG에 원심 분리기. </li><li> 260 nm에서 자외선 분광 광도계를 이용하여 DNA 농도를 측정한다. <ol><li> 기계를 교정하기 위해 빈으로 고순도의 DNase /의 RNase-무료 증류수 2 μL를 사용합니다. </li><li> DNA 농도의 추정치를 얻기 위해 스핀 열에서 수집 된 샘플의 동등한 볼륨을 사용합니다. 260 nm의 UV 흡수로 얻어진 측정 농도 값 ( &quot;&quot;= NG / μL)는 AFM 및 TEM 이미징 희석 팩터를 결정하는데 도움이 될 것이다. </li><li> &quot;&quot;(NG / μL)에 &quot;B&quot;(㎚) 다음 B = × 106 / (330에서 측정 된 농도 변환# 215; 뉴클레오티드의 수). 참고 : 염기의 분자량은 330g / 몰이다. 계산 된 몰 농도 값 및 AFM TEM 이미징 희석 계수를 결정한다. 60 NG / μL - 28T 구형 × 24H의 케이스에 관해서는, 정제 된 샘플에 대한 일반적인 측정은 약 10이다. 12 nM의 - 같은 구조의 뉴클레오티드 번호 14616 다이기 때문에, 몰 농도는 약 2이다. 최종 농도가 수집 수율에 의해 결정된다 -에서 원심 분리 (20 ~ 50 %) 및 ​​겔 밴드의 체적은 (높은 용적은 더 정제 된 시료를 희석) 밖으로 절제. </li></ol></li></ol> 3. 원자 힘 현미경 영상 <ol><li> 평탄면을 얻을 촬상 스테이지 상 시험편 디스크를 배치 스카치 테이프를 이용하여 시편의 금속 디스크에 부착 된 운모를 벗겨. </li><li> 28T × 24H의 정제 된 샘플 - (5 nM 내지 2) 5 μL이어서 1X 어닐링 완충액 40 μl를 추가갓 절단 운모 표면에 사각형입니다. 혼합물을 약 2 분 동안 정착하도록 허용합니다. </li><li> 캔틸레버 홀더에 AFM 질화 실리콘 캔틸레버 칩을 설치합니다. 이미징을위한 - (상수 봄, K = 0.24 Nm의 -1 75 kHz에서 0 = 40 F 공진 주파수) C 삼각형의 팁을 사용합니다. </li><li> 이미지 유체 태핑 모드에서 샘플. 검색을 위해 다음과 같은 이미지 파라미터를 사용하여 2 μm의 크기, 해상도 1024 라인, 0.5의 스캔 속도 스캔 - 1 Hz에서 (그림 2C)를. </li><li> 필요한 경우, 29-DNA 결합 운모의 강도를 증가시키기 위해 10 μL 이상의 NiCl 2 10mM의 용액을 첨가. </li></ol> 스트렙 타비 딘 라벨 4. 샘플 준비 <ol><li> 수동으로 특정 위치에서 핸들 가닥이 차례로 streptavid에 결합 할 수있는 비오틴 변형 방지 핸들 가닥, 보완으로 통합되도록 28T 사각형 × 24H를 디자인특히있다. <ol><li> 하단 윗줄 14 타일 14 타일 스페이서로서 두​​ 뉴클레오티드 서열 (TT)로 구성되어 3 &#39;17 뉴클레오티드 세그먼트와 15 뉴클레오티드 핸들 (GGAAGGGATGGAGGA)를 부착함으로써 분자 캔버스 수정 사각형 (그림 3A)의 행은 경계 레이블을. 이 시퀀스는 3 &#39;비오틴 변성 방지 손잡이 스트랜드 (TCCTCCATCCCTTCC 비오틴)에 상보 적이다. </li></ol></li><li> 내부 라벨의 경우, 8 내부 타일과 사각형 (그림 4A)의 6 경계 타일 3 &#39;17 뉴클레오티드 세그먼트를 연결합니다. <ol><li> 200 nm의 주식 솔루션을 만드는 28T 사각형 (334 가닥) × 24H의 구성 요소 가닥의 나머지 부분과 핸들 (경계 라벨링)와 28 가닥을 섞는다. 200 nm의 주식 솔루션을 얻기 28T 사각형 (348 가닥) × 24H의 구성 요소 가닥의 나머지 부분과 핸들 14 가닥 (내부 라벨)을 섞는다. </li></ol></li><li> 보의 경우0.2 - undary 라벨링, 100 μM 바이오틴 변형 방지 손잡이 가닥 6 μL, 10X 어닐링 완충액 10 μL와 증류수, 탈 이온수 34 ㎕를 0.1 가닥이 200nm 스톡 용액 50 μL를 추가 PCR 용액 시험관. 성분 가닥의 최종 농도는 100 ㎚이다과 안티 비오틴 변성 핸들 가닥의 최종 농도는 6000 ㎚이다. 방지 처리 비오틴 수정 가닥 바인딩 유리하게 100 %를 초과하므로 28 분자 28T 사각형 × 24H에 비오틴 수정 가닥 바인드를 안티 - 처리합니다. </li><li> 내부 표지 용, 0.1 가닥이 200nm 스톡 용액 50 μL, 100 μM에서 내부 방지 처리 바이오틴 변형 된 가닥의 3 μL, 10X 어닐링 완충액 10 μL, 증류수, 탈 이온수의 37 μL를 추가 - 0.2 ㎖의 PCR 테스트 튜브. 성분 가닥의 최종 농도는 100 nM 내지 안티 핸들 비오틴 후 변형의 최종 농도<html> ED 스트랜드는 3000 ㎚이다. 28T 사각형 너무 방지 처리 비오틴 수정 가닥 × 24H에 방지 핸들 비오틴 수정 가닥 바인드 14 분자가 결합이 유리하게 100 %를 초과합니다. </li><li> 2.3에 기재된 절차를 이용하여 17 시간 동안 열 사이 클러에 두 샘플을 어닐링. </li><li> 단계 2.4에 설명 된대로 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. </li><li> 단계 2.5에 기재된 바와 같이 두 샘플을 정제. </li><li> 단계 2.6에 기재된 바와 같이 원하는 DNA 구조물의 농도를 측정한다. </li></ol> 스트렙 타비 딘 라벨 5. 원자 힘 현미경 <ol><li> 이미지 3 단계 (도 3b 및도 4b)에 기술 된 바와 같이 AFM을 이용하여 각각의 샘플. </li><li> 촬상의 첫 번째 라운드 후에, 시료 용액에 10 mg의 스트렙 타비 딘의 1 μL /이어서 1X 어닐링 완충액의 40 μL를 추가한다. 혼합물 (도 3C와 4C)를 재 이미징하기 전에 약 2 분 동안 정착하도록 허용합니다. </li></ol>_title &quot;&gt; 6. 튜브에 사각형을 변환 <ol><li> 직사각형에 기초 튜브를 설계하기 위해, 상단과 하단의 행을 제외 대신 성분 해수면 온도를 모두 유지한다. 누구의 해수면 온도 튜브 형태 (그림 5A)로 원래의 사각형을 고리 화하기 위해 각각의 컬럼의 상단과 하단 타일을 연결하여 설계에 새 행을 소개합니다. </li><li> 상부 및 하부의 행 (336 가닥)이 200nm 스톡 용액을 얻었다 제외 28T 사각형 × 24H의 성분 가닥 가닥의 새로운 행 (14 가닥) 섞는다. </li><li> 2.7 (그림 5B) - 겔 정제 2.2 단계를 따르십시오. </li></ol> 7. 투과 전자 현미경 영상 <ol><li> 2 % 수성 포름산 우라 닐 염색 용액을 조제 증류수 3 ㎖에 우라 닐 포르 메이트 0.06 g을 단다. 주사기에 부착 된 0.2 μm의 필터를 사용하여 2 % 수성 포름산 우라 닐 염색 용액 필터. <ol><li> 5 μl를 추가5 N NaOH를 필터링 얼룩 용액 1ml를합니다. 간단히 20,000 X g에서 솔루션과 원심 분리기를 소용돌이. </li></ol></li><li> 25mA, 45 초, 0.1 밀리바, 음의 높은 인장 극성 : 글로우는 다음과 같은 설정으로 탄소 코팅 그리드 (코팅면이 위를 향하게) 방전. </li><li> 가장자리에서 빛 배출기 처리 그리드를 잡기 위해 자동 폐쇄 집게를 사용합니다. </li><li> 4 분의 그리드에 샘플의 3.5 μl를 피펫. 측면에서 그리드와 접촉 여과지를 가져옴으로써 샘플을 윅 여과지를 사용한다. </li><li> 즉시 1 분 동안 그리드에 얼룩 솔루션의 3.5 μl를 추가합니다. </li><li> 7.4과 같이 얼룩을 윅과 1 그리드에 대해 필터 종이를 보유 - 2 분. </li><li> 10 K에서 80 K (그림 5C)에 이르기까지 다양한 배율 80 kV의에서 작동 JEOL JEM-1400을 사용하여 TEM 시편 홀더와 이미지에 격자를 전송합니다. </li></ol> 8. Molecul를 사용하여 임의의 모양을 구성AR 캔버스 <ol><li> 모양을 확인하고 분자 캔버스에 모양에 해당하는 가닥을 선택합니다. 예를 들어 삼각형 모양의 경우, 분자 캔버스 (206) (362) 밖으로 가닥을 선택합니다. </li><li> 10 폴리-T 세그먼트에 (즉 삼각형의 빗변을 따라 인) 노출 영역을 교체 - 11 개의 뉴클레오티드 (도 6a에 디자인 1), 또는 노출 된 영역에 상보 에지 보호대를 추가로 종료 10-11 염기 긴 폴리-T 세그먼트 (그림 6A 디자인 2) 응집을 방지합니다. 참고 : 간단하게 (보호자 가닥을 사용하지 않고) 삼각형의 픽셀에 해당하는 해수면 온도를 어닐링 집계 및 젤에 전혀 별개의 제품 밴드의 형성으로 이어질 것입니다. 더 자원을 효율적으로 다양한 형태의 가장자리 보호 설계를 사용; 그것은 (Figur를 대체 설계 (14)의 추가 세트에 비해 가닥 (도 6C)의 네 개의 세트를 추가로 필요전자 6B). </li><li> 코어 세트 (362 SST 캔버스), 설정 (1) * (SST의 도메인 1에 결합 모서리 보호대) 도메인 2에 결합, 세트 2 * (에지 보호를 포함하는 310 픽셀 분자 캔버스에 대한 가닥 라이브러리 만들기 SST)의, SST의 도메인 3에 결합 3 * (모서리 보호대)를 설정하고, 설정은 4 * (SST의 도메인 4)에 결합 에지 프로텍터 1344 에지 보호의 총을주고. </li><li> 약 10 초 동안 다른 세트의 96 웰 플레이트를 원심 분리기. 피펫 아웃 특정 모양 스톡 용액을하기 위해 플레이트로부터 원하는 가닥. <ol><li> 모서리 보호대, 피펫 2 ㎖의 원심 분리기에 1 코어 세트에서 206 가닥의 μL, 0 세트 1 *에서, 0 세트 2 *에서, 세트 3 * 0과 세트 4 * 24 가닥 삼각형의 모양 튜브. DNA 가닥의 400 nm의 주식 솔루션을 만들기 위해 튜브에 증류수 탈 이온수 20 μl를 추가합니다. </li></ol></li><li> DNA의 STRA의 400 nm의 주식 솔루션의 50 μl를 추가<html> NDS, 10X 어닐링 완충액 B 0.2 ㎖의 PCR 용 튜브 (50 mM 트리스, pH가 7.9, 10 mM의 EDTA, 125 mM의의 MgCl 2) 스톡 용액 및 40 ㎕의 증류수, 탈 H 2 O 10 μL. 이것은 1X 어닐링 완충액 B의 삼각형의 100 μL 샘플을 만든다 (5 mM 트리스, pH가 7.9, 1 mM의 EDTA, 12.5 mM의의 MgCl 2) 가닥 당 약 200 nm의 농도 가닥. </li><li> 단계 2.3에 기재된 바와 같이 17 시간 동안 열 순환기 혼합물을 어닐링. </li><li> 단계 2.4에 설명 된대로 기본 2 % 아가 로스 젤을 준비합니다. </li><li> 단계 2.5에 기재된 바와 같이 샘플을 정제. </li><li> 단계 2.6에 기재된 DNA의 농도를 측정한다. </li><li> 이미지 3 단계 (그림 7C 및 7D)에 설명 된대로 AFM에서 샘플. </li><li> 선택과 같은 가닥 라이브러리를 사용하여 다른 모양에 대한 가닥을 섞는다. 다른 솔루션을 어닐링 및 AFM 이미징 동안 시간을​​ 절약하기 위해 다른 모양의 정제 된 샘플을 결합한다. </li></ol>&gt; 9 jove_title &quot;옵션 :. 모양 디자인 및 액체 혼합 로봇 자동화 <ol><li> 복잡한 형태의 디자인을 지원하기 위해 사용자 지정 MATLAB 프로그램을 사용하십시오. </li><li> 로봇 액체 핸들러 피펫 시퀀스의 형태로 명령어를 제공하도록 소프트웨어를 사용한다. 선택 대상 형상을 구성하는 스트랜드를 혼합하는 로봇 액체 핸들러를 사용. 주 : 형상 설계와 스트랜드 혼합은 인간의 오류를 줄이고 건설 덜 노동 집약적하게 자동화되었다. </li></ol> 10. 사각형 및 다른 저울에 걸쳐 튜브 <ol><li> 단순히 병렬 나선 (H) 및 나선 회전 (T)의 숫자의 개수를 변화시킴으로써 다른 크기의 사각형 (도 10)을 구축. </li><li> 특정 크기의 사각형을위한 3 단계를 따릅니다. </li><li> 특정 크기의 튜브에 대한 6 단계를 따릅니다. </li></ol>

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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.

구조 형성 공정에서, 자기 조립 DNA 나노 구조에 DNA 가닥 혼합물 (예., 15 mM)을 마그네슘 양이온의 적절한 농도를 유지하는 것이 중요하다. 유사하게, 아가로 오스 겔 특성화 / 정제 단계에서, 그것은 적절한 마그네슘 양이온 농도를 유지하는 것이 중요하다 (예., 10 mM)을 겔 전기 영동시 DNA 나노 구조를 유지하기 위해 겔 주행 버퍼. 28T 사각형 구조 × 24H를 들어, 우리는 다른 마그네슘 ...

5,8,10 - - 이전 핵산 자기 조립 작업 1-25는 DNA의 2를 포함하여 복잡한 구조의 다양한의 성공적인 건설을 주도하고있다 13,17,23 또는 RNA 7,22주기 3,4,7, (22)와 알고리즘 5 개의 차원 격자, 리본 (10, 12) 및 튜브 4,12,13, 3D 크리스탈 (17), 다면체 (11)과 유한은, 2D는 7,8 모양. 16, 18 - - 21, 25 하나의 발판 가닥이 복잡한 형상 9,14를 형성하기 위해 많은 짧은 보조 스테이플 가닥으로 접어된다 특히 효과적인 방법은 DNA 종이 접기를 스캐 폴딩된다. 최근 우리는 단일 가닥 타일 (SST)를 사용하여 소정 형상으로 2D 이산 나노 구조체를 구성하기위한 방법을보고하고, DNA 접기 (26)에 필적하는 복잡성과 구조를 보여 주었다. 이 articl전자는 우리의 초기 작업 (26)의 적응하고 정확하게 규정 된 크기 (폭과 길이) 및 형태학 정교한 유한 2D 형태로 개별적으로 어드레스 해수면 온도를 배치하기위한 프로토콜을 자세히 설명합니다. SST 방법의 하나의 중요한 장점은 모듈 방식입니다. 구조물의 각 성분은 SST 어셈블리 모듈 공법 유닛으로서 기능하고,이 해수면 온도의 상이한 서브 세트들은 별개의 형상을 생성한다. 따라서, 우리는 짧은, 합성 DNA 가닥에서 규정 된 크기와 모양을 가진 나노 구조를 구성하는 일반적인 플랫폼을 설립했다. 해수면 온도는 네 가지 영역, 각 10 또는 11 뉴클레오티드 (그림 1A)를 포함한다. 해수면 온도는 병렬 나선이 교차 결합에 의해 함께 개최하는 DNA 격자를 생성하도록 결합한다. 각각의 크로스 오버 영역 (2) 및 (3) 인산 시각적 명확성을 위해 도면에 인위적으로 연신 사이 포스페이트이다. 크로스 오버는 &lt;(떨어져 두 개의 나선형 회전 (21 기지)를 이격되어있다강한&gt; 그림 1b). 복합 직사각형은 나선 및 코일 권수 그들의 치수로 지칭된다. 예를 들어, 직사각형 여섯 나선 넓고 여덟 헬리컬는 8T 구형 × 6H로서 참조되는 긴 변있다. 해수면 온도가 탈락 추가하거나 임의의 형상 및 크기 (도 1C)의 구조를 만들 재 배열 될 수있다. 예를 들면, 직사각형의 설계는 원하는 길이 및 반경 (도 1D)와 튜브로 압연 될 수있다. 또한, 직사각형 SST 격자는 SST 픽셀로 구성된 분자 캔버스, 7 내지하여 각 3 나노 미터로 볼 수 있습니다. 본 연구에서 우리는 (310)는 전체 길이 내부 해수면 온도의 분자 캔버스를 사용하여, 좌우의 경계를 구성하는 24 전장 해수면 온도, 및 상부 및 하부 경계를 형성하는 28 반장 해수면 온도. 캔버스 크로스 오버로 연결된 24 번 나선을 가지고 있으며, 각각의 나선 (28) 나선형 회전 (294 기지)를 포함하므로이라고28T 직사각형 캔버스 × 24H. 28T 캔버스 × 24H는 M13 파지 지지체에서 만든 DNA 접기 구조와 유사한 분자량을 갖는다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="919">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:183px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:401px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DNA Strands&#160;</td>
			<td style="width:183px;">Integrated DNA Technology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Section 3.1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SYBR Safe DNA gel stain</td>
			<td style="width:183px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:119px;">S33102</td>
			<td>Section 3.4.2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Freeze&#39;N Squeeze DNA Gel Extraction Spin Columns</td>
			<td style="width:183px;">BIO-RAD</td>
			<td style="width:119px;">731-6166</td>
			<td>Section 3.6</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Bruker&#39;s Sharp Nitride Lever Probes</td>
			<td style="width:183px;">Bruker AFM Probes</td>
			<td style="width:119px;">SNL10</td>
			<td>Section 4.3</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator</td>
			<td style="width:183px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:119px;">G6600</td>
			<td>Section 3.6</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Centrifuge 5430R</td>
			<td style="width:183px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">5428 000.414</td>
			<td>Section 3.6</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Transmission Electron Microscope&#160;</td>
			<td style="width:183px;">Jeol</td>
			<td style="width:119px;">Jem 1400</td>
			<td>Section 7.4</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Multimode 8</td>
			<td style="width:183px;">Veeco</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Section 4</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Typhoon FLA 9000 Laser Scanner</td>
			<td style="width:183px;">GE Heathcare Life Sciences</td>
			<td style="width:119px;">28-9558-08</td>
			<td>Section 3.5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultrapure Distilled water</td>
			<td style="width:183px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:119px;">10977-023</td>
			<td>Section 3.7.1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mica disk</td>
			<td style="width:183px;">SPI Supplies</td>
			<td style="width:119px;">12001-26-2</td>
			<td>Section 4.1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Steel mounting disk</td>
			<td style="width:183px;">Ted Pella, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">16218</td>
			<td>Section 4.1</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">carbon coated copper grid for TEM</td>
			<td style="width:183px;">Electron Microscopy Sciences</td>
			<td style="width:119px;">FCF400-Cu</td>
			<td>Section 7.2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">tweezers</td>
			<td style="width:183px;">Dumont</td>
			<td>0203-N5AC-PO</td>
			<td>Section 7.31</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">glow discharge system</td>
			<td style="width:183px;">Quorum Technologies</td>
			<td style="width:119px;">K100X</td>
			<td>Section 7.2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler</td>
			<td style="width:183px;">BIO-RAD</td>
			<td>PTC&#8211;0240G</td>
			<td>Section 3.3</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis Systems</td>
			<td style="width:183px;">ThermoScientific</td>
			<td>B2</td>
			<td>Section 3.4.3</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Seekam LE Agarose 500G</td>
			<td style="width:183px;">Lonza</td>
			<td style="width:119px;">50004</td>
			<td>Section 3.4.1</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, Ready-To-Use 75-20000bp</td>
			<td style="width:183px;">ThermoScientific</td>
			<td style="width:119px;">SM1333</td>
			<td>Section 3.4.4</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Nanodrop 2000c UV-vis Spectrophotometer</td>
			<td style="width:183px;">ThermoScientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Section 3.7</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">0.2 um filter</td>
			<td style="width:183px;">Corning Inc.</td>
			<td style="width:119px;">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.

해수면 온도 (도 1)의 자기 조립은도 2에 도시 된 바와 같이 다른 해수면 온도에 대한 DNA 서열은 스트렙 라벨링 있도록 최적화 / 변형 될 수있다., 28T 구형 × 24H을 얻었다 (도 3 및 4)의 변형 것 직사각형 튜브 (도 5), 튜브 및 다양한 크기의 사각형 (도 10)을 형성 해수면 온도의 프로그래머블 자기 조립 및 분자 캔버스 (?...

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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.

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 ...

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.5K 조회수.  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.

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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

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control self-assembly and mimicking this process in vitro will bring about major advances in the areas of materials science and nanotechnology. Among the available biological building blocks, peptides have several advantages as they present substantial diversity, their synthesis in large scale is straightforward, and they can easily be modified with biological and chemical entities1,2. Several classes of designed peptides such as cyclic peptides, amphiphile peptides and peptide-conjugates self-assemble into ordered structures in solution. Homoaromatic dipeptides, are a class of short self-assembled peptides that contain all the molecular information needed to form ordered structures such as nanotubes, spheres and fibrils3-8. A large variety of these peptides is commercially available.
This paper presents a procedure that leads to the formation of ordered structures by the self-assembly of homoaromatic peptides. The protocol requires only commercial reagents and basic laboratory equipment. In addition, the paper describes some of the methods available for the characterization of peptide-based assemblies. These methods include electron and atomic force microscopy and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Moreover, the manuscript demonstrates the blending of peptides (coassembly) and the formation of a &#34;beads on a string&#34;-like structure by this process.9 The protocols presented here can be adapted to other classes of peptides or biological building blocks and can potentially lead to the discovery of new peptide-based structures and to better control of their assembly.

This paper describes the formation of highly ordered peptide-based structures by the spontaneous process of self-assembly. The method utilizes commercially available peptides and common lab equipment. This technique can be applied to a large variety of peptides and may lead to the discovery of new peptide-based assemblies.

짧은 펩타이드의 자기 조립에 의해 주문 생체 고분자 구조의 형성

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

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 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 ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

Synthesis of a Water-soluble Metal&amp;#8211;Organic Complex Array

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

수용성 유기 금속 복합 어레이의 합성

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a free-radical polymerization strategy to enable the modulation of the nanotube surface properties and produce supramolecular self-assembly of the nanostructures. First, a selective hydroxylation of the pristine nanotubes through a biphasic catalytically mediated oxidation reaction creates superficially distributed reactive sites at the sidewalls. The latter reactive sites are subsequently modified with methacrylic moieties using a silylated methacrylic precursor to create polymerizable sites. Those polymerizable groups can address further polymerization of styrene to produce a hybrid nanomaterial containing PS chains grafted to the nanotube sidewalls. The polymer-graft content, amount of silylated methacrylic moieties introduced and hydroxylation modification of the nanotubes are identified and quantified by Thermogravimetric Analysis (TGA). The presence of reactive functional groups hydroxyl and silylated methacrylate are confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Polystyrene-grafted carbon nanotube solutions in tetrahydrofuran (THF) provide wall-to-wall collinearly self-assembled nanotubes when cast samples are analyzed by transmission electron microscopy (TEM). Those self-assemblies are not obtained when suitable blanks are similarly cast from analogous solutions containing non-grafted counterparts. Therefore, this method enables the modification of the nanotube anisotropic patchiness at the sidewalls which results into spontaneous auto-organization at the nanoscale.

A procedure for the synthesis of polystyrene-grafted multiwalled carbon nanotubes using successive chemical modification steps to selectively introduce the polymer chains to the sidewalls and their self-assembly via anisotropic patchiness is presented.

자기 집합에 있도록 폴리스 티 렌과 이방성 Patchiness Multiwalled 탄소 나노튜브를 접목

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully understood. We have traced the trajectories of individual nanoparticles using liquid-cell transmission electron microscopy (TEM) to investigate the mechanism of the assembly process. Herein, we present the protocols used for liquid-cell TEM studies of the self-assembly mechanism. First, we introduce the detailed synthetic protocols used to produce uniformly sized platinum and lead selenide nanoparticles. Next, we present the microfabrication processes used to produce liquid cells with silicon nitride or silicon windows and then describe the loading and imaging procedures of the liquid-cell TEM technique. Several notes are included to provide helpful tips for the entire process, including how to manage the fragile cell windows. The individual motions of nanoparticles tracked by liquid-cell TEM revealed that changes in the solvent boundaries caused by evaporation affected the self-assembly process of nanoparticles. The solvent boundaries drove nanoparticles to primarily form amorphous aggregates, followed by flattening of the aggregates to produce a 2-dimensional (2D) self-assembled structure. These behaviors are also observed for different nanoparticle types and different liquid-cell compositions.

Here we introduce experimental protocols for the real-time observation of a self-assembly process using liquid-cell transmission electron microscopy.

나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of fabricating micellar nanocrystals based on combining top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. This method involves first using electrospray to generate uniform ultrafine liquid droplets, each of which functions as a micro-reactor in which self-assembly reaction occurs forming micellar nanocrystals, with the structures (micelle shape and nanocrystal encapsulation) controlled by the organic solvent used. This method is largely continuous and produces high quality micellar nanocrystal products with an inexpensive structure control approach. By using a water-miscible organic solvent tetrahydrofuran (THF), worm-shaped micellar nanocrystals can be produced due to solvent-induced/facilitated micelle fusion. Compared with the common spherical micellar nanocrystals, worm-shaped micellar nanocrystals can offer minimized non-specific cellular uptake, thus enhancing biological targeting. By co-encapsulating multiple nanocrystals into each micelle, multifunctional or synergistic effects can be achieved. Current limitations of this fabrication method, which will be part of the future work, primarily include imperfect encapsulation in the micellar nanocrystal product and the incompletely continuous nature of the process.

The present work describes a method to fabricate micellar nanocrystals, an emerging major class of nanobiomaterials. This method combines top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. The fabrication method is largely continuous, can produce high quality products, and possesses an inexpensive means of structure control.

구형 및 벌레 모양의 Micellar 나노 자기 조립, 분무, 결합 하 여 용 매 기반 구조 제어의 제조

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Negative Additive Manufacturing of Complex Shaped Boron Carbides

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for high wear, high hardness, and lightweight material applications such as armors. To overcome this challenge, negative additive manufacturing (AM) is employed to produce complex geometries of boron carbides at various length scales. Negative AM first involves gelcasting a suspension into a 3D-printed plastic mold. The mold is then dissolved away, leaving behind a green body as a negative copy. Resorcinol-formaldehyde (RF) is used as a novel gelling agent because unlike traditional hydrogels, there is little to no shrinkage, which allows for extremely complex molds to be used. Furthermore, this gelling agent can be pyrolyzed to leave behind ~50 wt% carbon, which is a highly effective sintering aid for B4C. Due to this highly homogenous distribution of in situ carbon within the B4C matrix, less than 2% porosity can be achieved after sintering. This protocol highlights in detail the methodology for creating near fully dense boron carbide parts with highly complex geometries.

A method called negative additive manufacturing is used to produce near fully dense complex shaped boron carbide parts of various length scales. This technique is possible via the formulation of a novel suspension involving resorcinol-formaldehyde as a unique gelling agent that leaves behind a homogenous carbon sintering aid after pyrolysis.

복잡 한 모양의 붕 소 합금의 첨가제 제조 제외

Boron carbide (B4C) is one of the hardest materials in existence. However, this attractive property also limits its machineability into complex shapes for ...

Exfoliation and Analysis of Large-area, Air-Sensitive Two-Dimensional Materials

We describe methods for producing and analyzing large, thin flakes of air-sensitive two-dimensional materials. Thin flakes of layered or van der Waals crystals are produced using mechanical exfoliation, in which layers are peeled off a bulk crystal using adhesive tape. This method produces high-quality flakes, but they are often small and can be hard to find, particularly for materials with relatively high cleavage energies such as black phosphorus. By heating the substrate and the tape, two-dimensional material adhesion to the substrate is promoted, and the flake yield can be increased by up to a factor of ten. After exfoliation, it is necessary to image or otherwise analyze these flakes but some two-dimensional materials are sensitive to oxygen or water and will degrade when exposed air. We have designed and tested a hermetic transfer cell to temporarily maintain the inert environment of a glovebox so that air-sensitive flakes can be imaged and analyzed with minimal degradation. The compact design of the transfer cell is such that optical analysis of sensitive materials can be performed outside of a glovebox without specialized equipment or modifications to existing equipment.

A method for exfoliating large thin flakes of air sensitive two-dimensional materials and safely transporting them for analysis outside of a glovebox is presented.

각 질 제거 및 큰 지역의 분석 공기 과민 한 2 차원 재료

We describe methods for producing and analyzing large, thin flakes of air-sensitive two-dimensional materials. Thin flakes of layered or van der Waals ...

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.

안정적인 DNA 모티프, 1d와 2D Nanostructures 작은 원형 DNA 분자에서 건설

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