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

אנו להכיר מימון מאת DFG (1116/17-1), את לייפציג בבית הספר למדעי הטבע "BuildMoNa" (GSC 185). עבודה זו תמכה באמצעות הפרויקט פראונהופר Attract 601 683. T. H מאשר מימון הקרן החברתית האירופאית (ESF-100077106).

1-הכנת n HTs הערה: כאן, n מציין את מספר שונה גדילי DNA יחיד מעורב היווצרות הצינורות סליל בגודל מסוים. עבור n = 8, שמונה גדילי DNA שונה יחיד להמציא טבעת יחידה.
<ol><li>רכישה DNA רצף (HPLC טוהר כיתה או גבוה יותר) מן סינתזה הדנ א מתאים שירות או לבצע סינתזה באיכות גבוהה, טיהור (למופ?...

כדי להשיג רשתות בנוי כראוי, בהרכבת הנאנו DNA היא צעד חיוני. שגיאות במהלך תהליך סינתזה השפעה שלילית על איכות צינור; לכן, מומלץ כי hplc, קורס או תהליך מחמירים יותר לשמש כדי לטהר את oligonucleotides. מאז היווצרות דיסקרטית במקום צינוריות DNA צבור, וכן הפצה האורך שלהם, תלוי סטויכיומטריה equimolar של oligonucleotides בוחר?...

בשל התנהגויות מורכבות מופעל על-ידי תכונות מכניות הייחודי שלהם, פולימרים semiflexible הם אבני הבניין הבסיסיות של מרכיבי החיים. בניגוד פולימרים גמיש, פולימרים semiflexible לאמץ תצורה פרושות עקב שלהם נוקשות עמוד שדרה שאינו נעלם תוך שנותרו על תנודות תרמית חזקה1. לפיכך, מודלים סטוכסטיים גרידא ניתן להחילם על התנהגויות שלהם, כמו עם הקצוות של פולימרים גמיש לחלוטין או נוקשה. 3,4 2,מודל שרשרת תולעת כביכול פותחה כדי לכמת את נוקשות זו באמצעות lp, אשר הוא קבוע הדעיכה של המתאם משיק-משיק לאורך הלהט4. אם lp הוא להשוות אורך מתאר (lc) של חוט הלהט, הפולימר נחשב semiflexible1. מקביל והקטבים של אוהל, הסדרי שלהם רשתות או חבילות מייצבת את כל מערכת קולקטיבית על השברים בנפח נמוך, המוביל אל viscoelastic יוצא דופן מאפיינים5,6,7, 8,9. מבנים אלה מספקים בכללותו גבוהה elasticities mesh בגדלים10, שמירה על תקינות מכנית תוך עדיין הקלת המפזרת ותהליכים הובלה פעילה. מאפיין זה מתאים במיוחד עבור מערכות ביולוגיות כגון את שלד התא או את מטריצה חוץ-תאית, אך הוא גם משמש מזון-11,1,-הנדסה-12.
הולך מרכיבי החיים מעבר את משמעותם, חשוב לבחון באופן מקיף המאפיינים הפיזיים של מבנים אלה כדי יש את הכלים לפתח חומרים ביונים או hydrogels רומן. במונחים של פולימרים semiflexible, זה מרמז על הקביעה שיטתית של המאפיינים קולקטיבית של רשתות הנובע יחיד-פילמנט מאפיינים כגון lp והפיתוח של מסגרת תיאורטית תיאורי. במחקרים חלוצית, אקטין הסלולר ביופולימרים הוקמה מערכת מודל עבור פולימרים semiflexible והוא עדיין נחשב את תקן זהב5,13,14,15 , 16 , 17. עם זאת, מחקרים ממצה מוגבלות במערכת זו מאחר שהם קשורים למאפייני הטבועה של חלבון זה. גישות תיאורטיות שונות שכיוונתם בניין תיאור של ההתנהגויות מכני לא טריוויאלי ברמת יחיד-פילמנט, הובילו בעיקר שונים קנה מידה תחזיות עבור התלות של מישור אלסטיים לינאריים הטיה המודולוס, G 0 (קרי, "הגמישות" של הרשת), ריכוז (c), lp6,7,13,14, 15,18,19,20,21,22,23. בזמן הריכוז שינוי קנה מידה נגיש ניסויים עם מבוססי אקטין או מערכות אחרות דגם ובזמן תחזיות תיאורטיות היה בקפדנות לאמת13,16,24, 25, שינוי קנה מידה ביחס lp נותר נגיש השפעול. עם זאת, זו מגבלה משמעותית מאז lp הוא גם משתנה בלתי-תלוי מה הכמות המכונן של פולימרים semiflexible.
מגבלה זו המרכזי, טבעי המוטלים על-ידי קבוע lp של אקטין או פולימרים אחרים נגזר ביולוגית כגון קולגן לאחרונה נפתרה על ידי העסקת צינורות DNA מבוסס-אריח, אשר tunable תכונותיהם מכני 9 , 26 , 27 , 28. שייתכנו שינויים הארכיטקטורות של הצינורות (למשל, מספר שונה של DNA בוחרים קווצות בתוך הזירה היחידה) תשואה של ערכים שונים עבור lp, אשר ניתן להעריך באמצעות מיקרוסקופ פלורסצנטיות, על-ידי ניתוח שפופרת אחת המשתנות או הערכת התצורות מעוקל של מספר צינורות מודבקת, כפי שתואר לעיל9,28. ניתוחים אלה חשף כי ערכיp lשל אוכלוסיות שונות צינור משתנות מעל סדר גודל אחד או יותר, טכניקות הערכה שונים להניב תוצאות עקביות9,28.
באופן מפתיע, גודל כולל הרמה אלסטי ליניארי הטיה מודולוס G0 הריכוז, lp דווחה להיות עקביים עם כל גישות תיאורטיות קודמות 9, בפרט הפגנת הרבה יותר תלות החזוי על lpחזק. ממצאים אלה מדגישים את הערך של מערכת מודל חדש ללמוד את התכונות המרכזיות של פולימרים semiflexible. העסקת n-סליל ה-DNA צינורות מרחיב באופן דרמטי את היקף החקירות האלה. לא רק יכולים lp להיות בחופשיות מגוונים מבלי לשנות את החומר הבסיסי, אבל הטבע לתכנות הטבועה של ה-DNA ניתן לאפשר בחינה שיטתית של רכיבים נוספים, כגון crosslinks או תהליכי מיתוג קינטי. בנוסף, הצינורות האלה הם מסיסים במים ויציב, בניגוד לרוב חלבונים, pH הולם ותנאי יוניים למשך מספר שבועות, ללא השפלה לזיהוי9.
להרכיב את הצינורות האלה, קבוצה בדידה של ה-DNA oligonucleotides משמש, שכל אחד מהם מכיל שתי קבוצות המחשבים חולקים רצפי הבסיס משלימים שני הגדילים הסמוכים (עקב רצפים ספציפיים, גדיל אחד לא יכול ליצור מבנים כמו סיכות לשיער). רצפים משלימים hybridize בצורה מחזורית, ויוצרים טבעות סגור, חצי חופפות של n מחוברים מקטעי כפול-הסליל (איור 1A ו- B). טופס אלה טבעות בקוטר דיסקרטית (איור 1C), ואת התצורה שלהם חופפות חצי חושף קצוות דביקים צירית משלימים בקצוות דביקים של טבעת אחרת. תוספת זו בררני של התאמת oligonucleotides מפעיל את הערמה של הטבעות, שמוביל הפילמור יעיל של צינורות סליל ה-DNA filamentous בגודל n (nHT). אורכי מתאר שלהם בדרך כלל למדוד מספר מיקרונים אורך, פריסתם אורך דומה לזו של אקטין חוטים9,26,27,28. הוכח עבור צינורות DNA דומה כי הם אכן מציגים הפילמור קינטיקה דומים לאלה של אקטין חוטים ו- microtubules<su></su>p class = "xref" > 29. בהתאם מספר n של גדילי DNA בודדים ממציא את המבנה הבסיסי טבעת, הארכיטקטורה nHT, וכן את היקף ואת קוטר, יכולים להיות מכאנית ופיקודית מגוונים. שימוש גדילי DNA יותר מגביר את היקף הטבעות/הצינורות, משתנה המתאימה הקפיצות תכונות מכאניות לערכים גבוהים יותר lp (איור 1C), המקביל קשיחות גבוהה יותר. בסולם mesoscopic, אלה ערכים גדולים יותר שלp lמתרגמים פחות כפופות הייצורים החיים בשל הקשיחות גבוה יותר (איור 1D ו- E).

<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

תכונות מכאניות מורכבות, מבוסס פולימר חומר רך, כגון תאים או רשתות ביופולימרים, יכול להיות מובן במסגרת אף הקלאסית של פולימרים גמיש ולא של מוטות נוקשה. חוטים המשמש כבסיס להישאר פרושות עקב שלהם נעלם ללא עמוד שדרה נוקשות, אשר הוא לכמת דרך האורך ההתמדה (lp), אבל הם גם הפניה תרמית חזקה. נוקשות כיפוף סופיים שלהם מוביל מכניקה קולקטיבית ייחודי, לא טריוויאלי של רשתות בתפזורת, המאפשר הקמת פיגומים יציב על השברים בנפח נמוך תוך מתן רשת גדול מידות. העיקרון הבסיסי הזה נפוצה בטבע (למשל, תאים או רקמות), שמירה על איכות גבוהה בתוכן מולקולרית, ובכך להקל דיפוזיה או הובלה פעילה. בשל השלכות הביולוגי שלהם יישומים טכנולוגיים פוטנציאליים hydrogels מסתיימים, שהיו פולימרים semiflexible המחקר ניכר. עם זאת, חקירות מובנים נותר מאתגר מאז הם הסתמכו על פולימרים טבעיים, כגון חוטים אקטין, אשר אינם tunable בחופשיות. למרות מגבלות אלה, בגלל חוסר של פולימרים סינתטיים מכנית tunable, semiflexible, חוטים אקטין הוקמו מערכת מודל נפוץ. מגבלה משמעותית היא כי כמות מרכזי lp לא יכול להיות בחופשיות מכוון כדי לחקור את ההשפעה שלו על מבנים בצובר מאקרוסקופית. מגבלה זו נפתרה על ידי העסקת מבנית לתכנות צינוריות דנ א, המאפשר שינוי מבוקרת של הקשיחות נימה. הם נוצרו באמצעות עיצובים מבוסס-אריח, שבו קבוצה בדידה של גדילים משלימים חלקית hybridize במבנה הטבעת עם היקף דיסקרטית. טבעות אלו כוללים קצוות דביקים, המאפשר הפילמור יעיל לתוך חוטים מספר מיקרונים אורך, ולהציג קינטיקה הפילמור דומים כמו biopolymers טבעי. בשל המכניקה שלהם לתכנות, הצינורות האלה הם מגוונים, הרומן כלים לחקור את ההשפעה של lp בהמולקולה יחיד, כמו גם היקף בצובר. בניגוד אקטין חוטים, הם נשארים יציבים בשבועות, ללא ניוון הבולטים, הטיפול וסופן וזהובה.

ההרכבה של צינוריות הדנ א באמצעות רמפה טמפרטורה (איור 2) היא שיטה אמינה. כדי ליצור פולימרים semiflexible מלאכותיים אלה. פולימרים אלה בעלי מאפיינים דומים לכלים המקבילים המתרחשים באופן טבעי, כגון חוטים אקטין, אך מספק מסגרת ניסיונית הרבה יותר רחב שכן תכונות מכניות ש...

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

פולימרים semiflexible להציג תכונות מכניות ייחודי המוחלות בהרחבה על ידי מערכות החיים. עם זאת, מחקרים שיטתיים על biopolymers מוגבלות מאז מאפיינים כגון הפולימר קשיחות אינם נגישים. כתב יד זה מתאר איך מגבלה זו הוא מצויין לתכנות צינוריות דנ א, הפעלת ניסיוני מחקרים על ההשפעה של פילמנט קשיחות.

ה-DNA צינוריות כמו כלי רב-תכליתי ללמוד פולימרים Semiflexible

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

זיכרון צורה פולימרים לתרבות התא הפעיל

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

עור תלת ממדי האדם לשחזר דגם: ככלי מחקר עור רגיל התקדמות מלנומה

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

עיצוב של bioreactor לחץ על מחזורי Ex Vivo מחקר של מסתמי הלב אבי העורקים

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

עור קעקוע כגישה חדשה לאספקת חיסון ה-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

פלטפורמה אוטומטית צדדי לניסויים בגירוי תא מיקרו בקנה מידה

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

שבב microfluidic לניתוח הכימי תכליתי של תאים בודדים

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

הקרינה-מרווה של Fluorophore הקרוב אינפרא אדום-כמוס liposomal ככלי ל<em&gt; In vivo</em&gt; דימות אופטי

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

הסינתזה של RGD פונקציונלית הידרוג ככלי יישומים טיפוליים

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

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד

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

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

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