Name: dna nanotubes as a versatile tool to study semiflexible polymers
Uploaded: 2017-10-25T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers at JoVE.com

نعترف بالتمويل عن طريق DFG (1116/17-1) ومدرسة لايبزيغ للعلوم الطبيعية "بويلدمونا" (GSC 185). تم دعم هذا العمل من خلال مشروع اجتذاب فراونهوفر 601 683. ت. ﻫ. تعترف بتمويل من "الصندوق الاجتماعي الأوروبي" (كلية العلوم التربوية-100077106).

1-إعداد n HTs ملاحظة: هنا، تشير n إلى عدد مختلف خيوط الحمض النووي واحد يشارك في تشكيل أنابيب الحلزون من حجم معين. قيم n = 8، ثمانية مختلف خيوط الحمض النووي واحد يشكلون عصابة وحدة.
<ol><li>تسلسل "الحمض النووي الشراء" (درجة نقاء [هبلك] أو أعلى) من توليف الحمض النووي مناسبة...

للحصول على الشبكات بشكل صحيح المشكلة، تجميع الأنابيب النانوية الحمض النووي خطوة حاسمة. الأخطاء التي تحدث أثناء عملية التوليف تأثيراً سلبيا على نوعية الأنبوبة؛ لذلك، من المستحسن أن يستخدم [هبلك] أو عملية أكثر صرامة لتنقية النوكليوتيد. منذ تشكيل منفصلة بدلاً من تجميع الأنابيب النانوية الح...

بسبب السلوكيات المعقدة خصائصها الميكانيكية الفريدة التي يوفرها، البوليمرات سيميفليكسيبلي هي اللبنات الأساسية لمعيشة هذه المسألة. خلافا للبوليمرات المرنة، البوليمرات سيميفليكسيبلي تعتمد على تكوين ممدودة بسبب تصلب العمود الفقري غير التلاشي على حين لا تزال تبقى خاضعة للتقلبات الحرارية قوية1. وهكذا، لا يمكن تطبيق النماذج العشوائية البحتة على سلوكهم، كما هو الحال مع النقيض إلى النقيض تماما مرنة أو جامدة البوليمرات. ووضعت ما يسمى دودة مثل سلسلة طراز2،3،4 لقياس صلابة هذا عن طريق لف، الذي هو ثابت الانحلال في العلاقة الظل الظل على طول الشعيرة4. في حالة مماثلة لطول كفاف (lc) خيوط لف ، يعتبر البوليمر سيميفليكسيبلي1. مماثلة لأقطاب خيمة، تستقر ترتيباتها في الشبكات أو حزم النظام الجماعي بأكمله في انخفاض حجم الكسور، مما يؤدي إلى لزج مطاطي غير عادية خصائص5،،من67، 8،9. وهذه الهياكل توفير مرونة عالية بوجه عام مش أحجام10، الحفاظ على سلامة الميكانيكية بينما لا يزال تيسير انتشارية وعمليات النقل النشط. هذه الخاصية مناسبة خاصة للنظم البيولوجية مثل سيتوسكيليتون أو المصفوفة خارج الخلية، ولكن يتم استخدامه على نطاق واسع في الغذاء الهندسة1،،من1112.
تتجاوز أهميتها للمسألة المعيشية، من الأهمية بمكان دراسة شاملة الخصائص الفيزيائية لهذه الهياكل من أجل لديك الأدوات اللازمة لوضع مواد المحاكاة البيولوجية أو رواية الهلاميات المائية. وهذا يعني من حيث سيميفليكسيبلي البوليمرات، منهجية تحديد الخصائص الجماعية للشبكات الناتجة عن خصائص خيط واحد مثل لف ووضع الإطار النظري الوصفي. في دراسات رائدة، تأسست كنظام نموذجي للبوليمرات سيميفليكسيبلي أكتين بيوبوليمير الخلوية ويعتبر على نطاق واسع لا تزال المعيار الذهبي5،13،،من1415 , 16 , 17-دراسات شاملة غير محدودة مع هذا النظام نظراً لأنها ترتبط بالخصائص الملازمة لهذا البروتين. مختلف النهج النظري قد تهدف إلى بناء وصفاً للسلوكيات الميكانيكية غير عادية على مستوى واحد-خيوط وأدت إلى خاصة مختلفة توقعات التحجيم للاعتماد على معامل القص الهضبة مطاطا الخطي، ز 0 (أي "مرونة" من الشبكة)، وفيما يتعلق بتركيز (ج) و لف6،7،،من1314، 15،،من1819،20،21،،من2223. بينما زيادة تركيز متاحة في تجارب مع القائم على الأكتين أو غيرها من النظم النموذجية وفي حين كانت التنبؤات النظرية دقة التحقق من، 13،،من1624 القياس بالنسبة لف ظل 25، تجريبيا غير قابل للوصول. هذا، ومع ذلك، يشكل قيداً رئيسيا نظراً لف هو أيضا متغير مستقل هو تحديد كمية بوليمرات سيميفليكسيبلي.
مؤخرا تم حل هذا القيد المركزي، والطبيعية التي تفرضها ثابت lp من أكتين أو البوليمرات الأخرى المستمدة من بيولوجيا مثل الكولاجين عن طريق استخدام أنابيب الحمض النووي القائم على بلاط، التي الانضباطي في خواصها الميكانيكية 9 , 26 , 27 , 28-اختلافات طفيفة في أبنية الأنابيب (مثلاً، إعداد مختلفة من الحمض النووي المكونة لها فروع داخل الحلبة وحدة) تعطي قيم مميزة لامف، التي يمكن تقييمها عن طريق الفحص المجهري الأسفار، تحليل أنبوب تقلب واحد أو بتقييم التكوينات المنحنية من عدة أنابيب التقيد بها، كما وصف سابقا9،28. وكشفت هذه التحاليل أن تختلف قيمp lالسكان أنبوب مختلفة على أمر واحد أو أكثر من حجم، وأن أساليب التقييم المختلفة تسفر عن نتائج متسقة9،28.
المثير للدهشة، سجلت الشاملة مقياس خطي الهضبة مطاطا القص معامل ز0 فيما يتعلق بتركيز و لف لا يتمشى مع جميع المناهج النظرية السابقة 9، مما يدل على وجه الخصوص كثير أقوى من المتوقع الاعتماد لف. هذه النتائج تؤكد قيمة نظام نموذج جديد لدراسة خصائص البوليمرات سيميفليكسيبلي الوسطى. توظيف n-الحلزون الدنا أنابيب كبيرة ويوسع نطاق هذه التحقيقات. لا يمكن أن تختلف لف بحرية دون تغيير المواد الأساسية فحسب، بل الطبيعة القابلة للبرمجة للحمض النووي يمكن تمكين الفحص المنهجي لعناصر إضافية، مثل كروسلينكس أو عمليات التحويل الحركية. بالإضافة إلى ذلك، هذه الأنابيب القابلة للذوبان في الماء، وعلى عكس معظم البروتينات، مستقرة في درجة الحموضة كافية وظروف الأيونية لعدة أسابيع، دون تدهور يمكن كشفها9.
لتجميع هذه الأنابيب، يتم استخدام مجموعة منفصلة من النوكليوتيد الحمض النووي، كل منها يحتوي على هذين المجالين تتشارك تسلسلات قاعدة مكملة إلى شقين المجاورة (نظراً لتسلسل معين، لا يمكن أن تشكل حبلا واحد هياكل مثل دبابيس الشعر). تسلسلات مكملة هجن على نحو دوري، تشكيل الحلقات المغلقة، وتداخل نصف شرائح مزدوجة حلزونية ن مترابطة (الشكل 1A و ب). هذه شكل حلقات في قطر منفصلة (الشكل 1)، وعلى تكوين تداخل نصف يكشف نهايات لزجة المحوري مكملة لنهايات لزجة خاتم آخر. هذا بالإضافة إلى انتقائية لمطابقة النوكليوتيد المشغلات التراص الخواتم، مما يؤدي إلى البلمرة فعالة من أنابيب الحلزون الدنا الخيطية من حجم n (nHT). قياس أطوال كفاف بهم عادة عدة ميكرون في الطول، وتوزيعها على طول يماثل أكتين خيوط9،26،،من2728. ولقد ثبت للأنابيب النانوية الحمض النووي مماثلة أنهم في الواقع يحمل حركية البلمرة شبيهة بخيوط أكتين وميكروتوبوليس<su></su>الفئة p = "xref" > 29. يمكن أن تختلف تبعاً لعدد n من خيوط الحمض النووي الفردية التي تشكل هيكل الحلقة الأساسية، كنترولبلي العمارة نHT، فضلا عن محيط به والقطر،. استخدام المزيد من خيوط الحمض النووي يزيد من محيط الخواتم/الأنابيب، وتحولات التغيير المعماري المقابلة الخواص الميكانيكية لأعلى قيمp l(الشكل 1)، تقابل صلابة أعلى. بمقياس mesoscopic، تترجم هذه القيمp lأكبر والتشكلات بنت أقل بسبب تصلب أعلى (الشكل 1 وه).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="667">
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:169px;">AFM cantilever ACTA</td>
			<td style="width:196px;">AppNano</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">AFM - NanoWizard 3</td>
			<td style="width:196px;">JPK Instruments</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">CCD camera</td>
			<td style="width:196px;">Andor</td>
			<td style="width:123px;">iXon DV887</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">DMSO</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">D2650</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">DNA oligonucleotides</td>
			<td style="width:196px;">Biomers.net</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;">For sequences see Table 1</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:169px;">DNA Cy3-labeled oligonucleotides</td>
			<td style="width:196px;">Biomers.net</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;">For sequence see Table 1</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">EDTA</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">E-9884</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Epi-fluorescence micro-scope</td>
			<td style="width:196px;">Leica</td>
			<td style="width:123px;">DM-IRB</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:169px;">MgCl2</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">M-8266</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Mica &#34;V1&#34;, 12 mm round</td>
			<td style="width:196px;">Plano GmbH</td>
			<td style="width:123px;">50-12</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">MicroAmp&#174; Fast Optical 96-Well Reaction Plate</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">4346907</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">MicroAmp&#174; Optical Adhesive Film</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">4306311</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">NanoDrop 1000 Spectrophotometer</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">100x objective</td>
			<td style="width:196px;">Leica5</td>
			<td style="width:123px;">506168</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Purified water</td>
			<td style="width:196px;">Merk Millipore - Milli-Q &#38; Elix</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Sapphire PCR tubes</td>
			<td style="width:196px;">Greiner Bio-One</td>
			<td style="width:123px;">683271</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">TProfessional Standard PCR Thermocycler</td>
			<td style="width:196px;">Core Life Sciences Inc.</td>
			<td style="width:123px;">070- Standard</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">7900HT Fast Real-Time PCR System</td>
			<td style="width:196px;">Applied Biosystems</td>
			<td style="width:123px;">4351405</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Rheometer</td>
			<td style="width:196px;">TA Instruments</td>
			<td style="width:123px;">ARES</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">SYBR&#174; Green I nucleic acid gel stain</td>
			<td style="width:196px;">Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td style="width:123px;">S7567</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:169px;">Tris</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">T4661</td>
			<td style="width:180px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Triton X-100</td>
			<td style="width:196px;">Sigma-Aldrich Co.</td>
			<td style="width:123px;">X-100</td>
			<td style="width:180px;">Suppresses evaporation of sample at air-water interface</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dna nanotubes as a versatile tool to study semiflexible polymers

ويمكن فهم الخواص الميكانيكية لهذه المسألة لينة معقدة، والمستندة إلى البوليمر، مثل الخلايا أو الشبكات بيوبوليمير، لا الإطار الكلاسيكي للبوليمرات المرنة ولا قضبان جامدة. خيوط الأساسية تظل ممدودة بسبب ما تيبس العمود الفقري غير التلاشي، الذي هو كمياً عن طريق طول استمرار (lp) وإنما أيضا عرضه للتقلبات الحرارية القوية. صلابة الانحناء محدود يؤدي إلى ميكانيكا الجماعية فريدة وغير عادية للشبكات الأكبر، مما يتيح تشكيل السقالات مستقرة في انخفاض حجم الكسور مع توفير أحجام كبيرة مش. هذا المبدأ الأساسي السائد في الطبيعة (مثلاً في الخلايا أو الأنسجة)، تقليل محتوى الجزيئي عالية ومما ييسر انتشارية أو النقل النشط. نظراً للآثار البيولوجية والتطبيقات التكنولوجية المحتملة في الهلاميات المائية متوافق حيويا، خضعت البوليمرات سيميفليكسيبلي دراسة كبيرة. بيد أن التحقيقات مفهومة ظلت صعبة نظراً لأنها تعتمد على البوليمرات الطبيعية، مثل خيوط الأكتين، التي غير الانضباطي بحرية. وعلى الرغم من هذه القيود، ونظرا لعدم وجود البوليمرات الاصطناعية وميكانيكيا الانضباطي، وسيميفليكسيبلي، وخيوط أكتين أنشئت كالنظام النموذجي الموحد. حد رئيسية أن الكمية الوسطى لف لا يمكن ضبطها بحرية لدراسة تأثيرها على هياكل السائبة العيانية. وتم حل هذا القيد باستخدام الأنابيب النانوية هيكلياً للبرمجة في الحمض النووي، تمكين التحكم تغيير صلابة خيوط. أنها تتشكل من خلال النماذج المستندة إلى البلاط، حيث هجن مجموعة منفصلة من خيوط مكملة جزئيا في بنية حلقة مع محيط منفصلة. نهايات لزجة، تمكين البلمرة فعالة إلى خيوط عدة ميكرون في الطول، وتتميز هذه الحلقات وعرض مماثل البلمرة حركية البوليمرات البيولوجية الطبيعية. سبب الميكانيكا القابلة للبرمجة، وهذه الأنابيب أدوات تنوعاً، رواية دراسة أثر لف في جزيء الواحد فضلا عن حجم الجزء الأكبر. وعلى النقيض من خيوط الأكتين، تظل مستقرة على مدى أسابيع، دون انحطاط ملحوظ، وتعاملها مع بسيط نسبيا.

الجمعية العامة للأنابيب النانوية الحمض النووي عن طريق منحدر درجة حرارة (الشكل 2) وسيلة موثوق بها للغاية لتشكيل هذه البوليمرات سيميفليكسيبلي الاصطناعية. هذه البوليمرات لها خصائص مماثلة لنظيراتها التي تحدث بشكل طبيعي، مثل خيوط الأكتين، ولكنها توفر إطارا ?...

Watch this Scientific Journal Video about DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers at JoVE.com

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

سيميفليكسيبلي البوليمرات عرض الخصائص الميكانيكية الفريدة التي يتم تطبيقها على نطاق واسع بنظم المعيشة. ومع ذلك، تقتصر دراسات منهجية في البوليمرات البيولوجية نظراً لخصائص مثل صلابة البوليمر غير قابل للوصول. هذه المخطوطة يصف كيف يتم التحايل على هذا القيد بالأنابيب النانوية الحمض النووي للبرمجة، تمكين دراسات تجريبية عن أثر صلابة خيوط.

النانومترية الحمض النووي كأداة مرنة لدراسة البوليمرات سيميفليكسيبلي

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

البوليمرات الذاكرة شكل خلية للثقافة أحدث

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent ...

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression

الجلد ثلاثي الأبعاد إعادة بناء الإنسان النموذجي : أداة لدراسة بشرة العادية والتقدم الميلانوما

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Skin Tattooing As A Novel Approach For DNA Vaccine Delivery

الجلد الوشم ونهجا جديدا للتسليم اللقاحات DNA

Nucleic acid-based vaccination is a topic of growing interest, especially plasmid DNA (pDNA) encoding immunologically important antigens. After the ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

A منصة الآلي تنوعا للتجارب تحفيز الخلية الصغيرة الحجم

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

رقاقة ميكروفلويديك للتحليل الكيميائي للخلايا متعددة الاستخدامات واحدة

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

مضان تبريد لالقريبة من الأشعة تحت الحمراء Fluorophore-مغلفة Liposomal كأداة لل<em&gt; في فيفو</em&gt; التصوير الضوئي

Optical imaging offers a wide range of diagnostic modalities and has attracted a lot of interest as a tool for biomedical imaging. Despite the enormous ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

وتوليف الهلاميات المائية functionalized RGD-كأداة للتطبيقات العلاجية

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

الاعتراف الجزيئية والهندسة مع البوليمرات الحيوية المحاكاة على واحدة المسورة الكربون الأنابيب النانومترية

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

A Versatile Method of Patterning Proteins and Cells

منهج تنوعا من الزخرفة البروتينات والخلايا

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning ...