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 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.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.5K 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

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.

Kısa Peptidlerinin Self-meclisi tarafından Sıralı Biyomoleküler Yapıların Oluşumu

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 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 ...

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.

suda çözünür bir metal-organik kompleks dizi sentezi

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.

Multiwalled karbon nanotüpler kendinden montajlı etkinleştirmek için polistiren ve Anizotropik seçimdeki aşılama

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.

Hücre içi sıvı iletim elektron mikroskobu nano tanecikleri, kendinden montajlı takibi için

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.

Küresel ve solucan şeklinde Micellar Nanocrystals Electrospray, kendinden montajlı birleştirerek ve Solvent Bazlı Yapı Denetim imalatı

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.

Karmaşık şekilli bor karbürler katkı üretimini olumsuz

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.

Pul pul dökülme ve geniş alanlara, analizini hava duyarlı iki boyutlu malzemeleri

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.

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 ...