Name: stable dna motifs, 1d and 2d nanostructures constructed from small circular dna molecules
Uploaded: 2019-04-12T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules at JoVE.com

Vi er taknemmelige for finansiel støtte fra NSFC (tilskud no. 91753134 og 21571100), og den nøgle laboratorium for bioelektronik af sydøst Statsuniversitet.

1. forberedelse af cirkulære DNAs
<ol><li>Bruge alle lineære DNAs leveret af kommercielle virksomheder direkte uden yderligere rensning.</li>
	<li>Der centrifugeres DNA-prøver på 5.000 × g for 5 min til at indsamle alle DNA pellets i bunden af rørene. Tilsættes en passende mængde af TE-buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8,0) opløses DNA.</li>
	<li>Måler koncentrationen af "a" ng/µL for hver ss-DNA løsning ved hjælp af en mikro UV spektrometer på 260 nm. Konvertere "en" ng/µL til "b" µM efter b = en × 10...

<ol>
	<li>Tsu-Ju, F., 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>Liu, F., Sha, 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=Modifying+the+surface+features+of+two-dimensional+DNA+crystals.">Modifying the surface features of two-dimensional DNA crystals.</a> Journal of the American Chemical Society. 121 (5), 917-922 (1999).</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>Liu, D., Wang, M., Deng, Z., Walulu, R., Mao, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tensegrity:+Construction+of+rigid+DNA+triangles+with+flexible+four-arm+DNA+junctions.">Tensegrity: Construction of rigid DNA triangles with flexible four-arm DNA junctions.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (8), 2324-2325 (2004).</li><li>Tian, C., Li, X., Liu, Z., Jiang, W., Wang, G., Mao, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+self-assembly+of+DNA+tiles+into+complex+nanocages.">Directed self-assembly of DNA tiles into complex nanocages.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 53 (31), 8041-8044 (2014).</li><li>Wang, 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=Retrosynthetic+analysis-guided+breaking+tile+symmetry+for+the+assembly+of+complex+DNA+nanostructures.">Retrosynthetic analysis-guided breaking tile symmetry for the assembly of complex DNA nanostructures.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (41), 13579-13585 (2016).</li><li>Ke, Y., Ong, L. L., Shih, W. 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=Three-dimensional+structures+self-assembled+from+DNA+bricks.">Three-dimensional structures self-assembled from DNA bricks.</a> Science. 338 (6111), 1177-1183 (2012).</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>Ke, 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=DNA+brick+crystals+with+prescribed+depths.">DNA brick crystals with prescribed depths.</a> Nature Chemistry. 6 (11), 994-1002 (2014).</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>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>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>Ackermann, D., Schmidt, T. L., Hannam, J. S., Purohit, C. S., Heckel, A., Famulok, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+double-stranded+DNA+rotaxane.">A double-stranded DNA rotaxane.</a> Nature Nanotechnology. 5 (6), 436-442 (2010).</li><li>Zheng, H., Xiao, M., Yan, Q., Ma, Y., Xiao, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+circular+DNA+molecules+act+as+rigid+motifs+to+build+DNA+nanotubes.">Small circular DNA molecules act as rigid motifs to build DNA nanotubes.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (29), 10194-10197 (2014).</li><li>Wang, M., Huang, H., Zhang, Z., Xiao, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2D+DNA+lattices+constructed+from+two-tile+DAE-O+systems+possessing+circular+central+strands.">2D DNA lattices constructed from two-tile DAE-O systems possessing circular central strands.</a> Nanoscale. 8 (45), 18870-18875 (2016).</li><li>Guo, X., Wang, X. M., Wei, S., Xiao, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+a+holliday+junction+in+small+circular+DNA+molecules+for+stable+motifs+and+two-dimensional+lattices.">Construction of a holliday junction in small circular DNA molecules for stable motifs and two-dimensional lattices.</a> ChemBioChem. 19 (13), 1379-1385 (2018).</li><li>Holliday, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mechanism+for+gene+conversion+in+fungi.">A mechanism for gene conversion in fungi.</a> Genet. Res. 5 (2), 282-304 (1964).</li><li>Duckett, D. R., 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=The+structure+of+the+Holliday+junction.">The structure of the Holliday junction.</a> Structure and Methods, Human Genome Initiative and DNA Recombination. 1 (1), 157-181 (1990).</li><li>Ariyoshi, M., Vassylyev, D. G., Iwasaki, H., Nakamura, H., Shinagawa, H., Morikawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+structure+of+the+RuvC+resolvase:+A+holliday+junction-specific+endonuclease+from+E.+coli.">Atomic structure of the RuvC resolvase: A holliday junction-specific endonuclease from E. coli.</a> Cell. 78 (6), 1063-1072 (1994).</li><li>Eichman, B. F., Vargason, J. M., Mooers, B. H., Ho, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Holliday+junction+in+an+inverted+repeat+DNA+sequence:+sequence+effects+on+the+structure+of+four-way+junctions.">The Holliday junction in an inverted repeat DNA sequence: sequence effects on the structure of four-way junctions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 97 (8), 3971-3976 (2000).</li><li>Stahl, E., Martin, T. G., Praetorius, F., Dietz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+and+scalable+preparation+of+pure+and+dense+DNA+origami+solutions.">Facile and scalable preparation of pure and dense DNA origami solutions.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 53 (47), 12735-12740 (2014).</li><li>de Gennes, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reptation+of+a+polymer+chain+in+the+presence+of+fixed+obstacles.">Reptation of a polymer chain in the presence of fixed obstacles.</a> The Journal of Chemical Physics. 55 (2), 572-579 (1971).</li><li>Slater, G. W., Noolandi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+biased+reptation+model+for+charged+polymers.">New biased reptation model for charged polymers.</a> Physical Review Letters. 55 (15), 1579 (1985).</li><li>Lilley, D. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+branched+nucleic+acid+structure+using+comparative+gel+electrophoresis.">Analysis of branched nucleic acid structure using comparative gel electrophoresis.</a> Quarterly Reviews of Biophysics. 41 (1), 1-39 (2008).</li><li>Pfreundschuh, M., Martinez-Martin, D., Mulvihill, E., Wegmann, S., Muller, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiparametric+high-resolution+imaging+of+native+proteins+by+force-distance+curve-based+AFM.">Multiparametric high-resolution imaging of native proteins by force-distance curve-based AFM.</a> Nature Protocols. 9 (5), 1113-1130 (2014).</li></ol>

De protokoller, der er præsenteret i denne artikel fokus på syntesen af små cirkulære DNA molekyler og samling af DNA nanostrukturer. De fleste af tilfældigt sekventeret DNA mønstre kan bruges i denne protokol. Renheden af cirkulære DNAs er afgørende for succes af DNA forsamlinger. Produktion udbyttet af cyclization kan forbedres ved at sænke koncentrationen af 5'-fosforyleret lineære DNA; Dette vil dog øge arbejdsbyrden for at producere de samme mængder af cirkulære DNAs. Længden af DNA-strenge, skinne på...

DNA-molekyler er blevet brugt til at bygge mange typer af nanostrukturer i årtier. Typiske Motiverne omfatter DAE (dobbelt crossover, antiparallel, selv halv-sving) og DAO fliser1,2,3, stjerne fliser4,5,6,7, single strandede (ss) fliser8,9,10, og DNA origami11,12,13. Disse DNA motiver og lattices er samlet fra lineær ss-DNAs. For nylig, andre, og vi har rapporteret anvendelse af cirkulære ss-oligonukleotider som stilladser at bygge motiver, 1D nanorør og 2D lattices14,15,16,17. Ved at indsætte en Holliday junction (HJ)18,19,20,21 i midten af c64nt, kan et par af to koblede DAO fliser være dannet17. Denne nye cDAO motiv og dets afledninger er stabil og stiv nok til at samle 2D DNA lattices op til 3 × 5 µm2. I dette papir bruger vi udtrykket "cirkulær flise", der defineres som en stabil DNA komplekst molekyle konstrueret med en cirkulær stillads og andre lineære hæfteklammer af ss-oligonukleotider, og et andet ord for "lineær flisen", som er bygget fra et komplet sæt af lineær SS-oligonukleotider.
Denne protokol demonstrerer, hvordan at konstruere fem former for DNA nanostrukturer med små cirkulære DNA molekyler som stilladser: 1) uendelig 1 D c64nt og c84nt nanowires, 2) uendelig 2D cDAO-c64nt-O og cDAO-c64nt-E (-O repræsenterer et ulige antal 5 halv-sving og -E repræsenterer en nummer 4 halv-sving) lattices, 3) uendelig 2D cDAO-c84nt-O og cDAO-c84nt-E lattices, 4) finite 2D 5 × 6 cDAO-c64nt-O og 5 × 6 cDAO-c74 & 84nt-O-rektangler, 5) uendelig 1 D acDAO-c64nt-E nanorings og nanospirals (henvises til Figur 3-5 for den skematiske tegninger og billeder af de ovenstående fem former for DNA nanostrukturer). 1D c64nt og c84nt nanowires er samlet fra hver c64nt og c84nt stillads forbundet med to lineære hæfteklammer henholdsvis. Hver cirkulære flise cDAO-c64nt, acDAO-c64nt, cDAO-c74nt eller cDAO-c84nt er udglødet fra dens tilsvarende stillads af c64nt, c74nt eller c84nt med fire lineær hæfteklammer henholdsvis. De uendelige 2D lattices er samlet fra den samme type af to cirkulære fliser med forskellige sekvenser. De to finite 2D rektangel lattices er samlet fra to sæt af 32 cirkulære sub fliser hhv. For at spare penge, bruges kun én-sekventeret c64nt, c74nt og c84nt som den respektive stillads mens forskellige udhæng er vant til at anneal 32 cDAO-c64nt, 12 cDAO-c74nt og 20 cDAO-c84nt cirkulære sub fliser henholdsvis i den første sub flise udgloedning skridt, derefter Bland de tilsvarende 32 cirkulære sub fliser og anvende anden gitter udglødning skridt for at samle finite 5 × 6 cDAO-c64nt-O og 5 × 6 cDAO-c74 & 84nt-O lattices, henholdsvis. Definitely, anderledes sekventeret cirkulære stilladser kan blive vedtaget for at samle en række begrænsede størrelse nanostrukturer, men det vil koste flere penge og arbejde. Uendelig 1D acDAO-c64nt-E nanorings og nanospirals er udglødet fra one-sekventeret asymmetriske acDAO-c64nt fliser med lineær forbindelser af et lige antal 4 halv-sving. Der er to tilgange til at samle uendelig 2D lattices fra cirkulære fliser cDAO-c64nt og cDAO-c84nt, som er kendetegnet ved de intertile afstande af et lige antal 4 og et ulige antal 5 halv-sving henholdsvis. Den tidligere kræver alle fliser skal justeres ens; sidstnævnte kræver vekslen af ansigterne på to tilstødende fliserne langs de heliske akser. Hvis flisen er stive og plane, såsom cDAO-c64nt, vil begge tilgange generere planar nanoribbons; Hvis flisen er buet i én retning, såsom cDAO-c84nt, intertile tilslutning af et lige antal 4 halvt sving vil generere nanorør, hvorimod intertile tilslutning af et ulige antal 5 halve omgange vil producere planar nanoribbons på grund af afskaffelsen af krumning-partisk vækst af alternative justering af buet fliser. Den succesfulde forsamling af 1D og 2D DNA nanostrukturer fra cirkulære fliser angiver flere fordele ved denne nye tilgang: håndhæves stabilitet og stivhed af cirkulære fliser over lineær fliser, chiral fliser til montering af asymmetrisk nanostrukturer som nanorings og nanoribbons, nye visioner på forståelse DNA mekanik og molekylære strukturer, etc.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:684px;" width="684">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">T4 ligase</td>
			<td style="width:171px;">TaKaRa</td>
			<td style="width:131px;">2011A</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">T4 buffer</td>
			<td style="width:171px;">TaKaRa</td>
			<td style="width:131px;">2011A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TE buffer</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B548106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Thermo bottle</td>
			<td style="width:171px;">Thermos</td>
			<td style="width:131px;">SK-3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Thermo cycler</td>
			<td style="width:171px;">Bio Gener</td>
			<td style="width:131px;">GE4852T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Exonuclease I</td>
			<td style="width:171px;">TaKaRa</td>
			<td style="width:131px;">2650A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Exonuclease I buffer</td>
			<td style="width:171px;">TaKaRa</td>
			<td style="width:131px;">2650A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">30% (w/v) Acryl/Bis solution (19:1)</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B546016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TAE premix podwer</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B540023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mg(Ac)2&#183;4H2O</td>
			<td style="width:171px;">Nanjing Chemical Reagent</td>
			<td style="width:131px;">C0190550223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Urea</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">A510907</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TEMED</td>
			<td style="width:171px;">BBI</td>
			<td style="width:131px;">A100761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ammonium Persulfate</td>
			<td style="width:171px;">Nanjing Chemical Reagent</td>
			<td style="width:131px;">13041920295</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Power supply</td>
			<td style="width:171px;">Beijing Liuyi</td>
			<td style="width:131px;">DYY-8C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Water bath</td>
			<td style="width:171px;">Sumsung</td>
			<td style="width:131px;">DK-S12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Formamide</td>
			<td style="width:171px;">BBI</td>
			<td style="width:131px;">A100314</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DNA Marker (25~500 bp)</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B600303</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DNA Marker (100~3000 bp)</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B500347</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Loading buffer</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B548313</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PAGE electrophoresis systerm</td>
			<td style="width:171px;">Beijing Liuyi</td>
			<td style="width:131px;">24DN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Filter</td>
			<td style="width:171px;">ASD</td>
			<td style="width:131px;">5010-2225</td>
			<td>0.22 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">UV imaging System</td>
			<td style="width:171px;">Tanon</td>
			<td style="width:131px;">2500R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">n-butanol</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">A501800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Absolute Ethanol</td>
			<td style="width:171px;">SCR</td>
			<td style="width:131px;">10009257</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">NaOAc</td>
			<td style="width:171px;">Nanjing Chemical Reagent</td>
			<td style="width:131px;">12032610459</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:171px;">eppendorf</td>
			<td style="width:131px;">Centrifuge 5424R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vacuum concentrator</td>
			<td style="width:171px;">CHRIST</td>
			<td style="width:131px;">RVC 2-18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultraviolet spectrum</td>
			<td style="width:171px;">Allsheng</td>
			<td style="width:131px;">Nano-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">nucleic acid stain</td>
			<td style="width:171px;">Biotium</td>
			<td style="width:131px;">16G1010</td>
			<td>GelRed</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Agarose</td>
			<td style="width:171px;">Biowest</td>
			<td style="width:131px;">G-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Agarose electrophoresis systerm</td>
			<td style="width:171px;">Beijing Liuyi</td>
			<td style="width:131px;">DYCP-31CN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Heating Plate</td>
			<td style="width:171px;">Jiangsu Jintan</td>
			<td style="width:131px;">DB-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TBE premix podwer&#160;</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;">B540024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">filter column</td>
			<td style="width:171px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:131px;">7326165</td>
			<td>Freeze &#39;N Squeeze column</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">AFM</td>
			<td style="width:171px;">Bruker</td>
			<td style="width:131px;">Dimension FastScan</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PEG8000</td>
			<td style="width:171px;">BBI</td>
			<td style="width:131px;">A100159</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mica</td>
			<td style="width:171px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:131px;">BP50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">triangular AFM probe in air</td>
			<td style="width:171px;">Bruker</td>
			<td style="width:131px;">FastScan-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">triangular AFM probe in fulid</td>
			<td style="width:171px;">Bruker</td>
			<td style="width:131px;">ScanAsyst-fluid+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DNA strands</td>
			<td style="width:171px;">Sangon</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

stable dna motifs, 1d and 2d nanostructures constructed from small circular dna molecules

Denne artikel præsenterer en detaljeret protokol for syntese af små cirkulære DNA molekyler, Udglødning af cirkulære DNA motiver, og opførelsen af 1D og 2D DNA-nanostrukturer. I årtier, er den hurtige udvikling af DNA nanotechnology tilskrives brugen af lineære DNAs som udgangsmaterialer. For eksempel, er DAO (dobbelt crossover, antiparallel, ulige halv-vender) flise kendt som en byggesten for opførelsen af 2D DNA lattices; den centrale struktur af DAO er lavet af to lineære enkeltstrenget (ss) oligonukleotider, ligesom to reb gør en højre hånd granny knude. Heri, en ny form for DNA fliser kaldet cDAO (koblede DAO) er bygget ved hjælp af en lille cirkulær ss-DNA i c64nt eller c84nt (cirkulære 64 eller 84 nukleotider) som stillads strand og flere lineær ss-DNAs som de korte tråde. Perfekt 1D og 2D nanostrukturer samles fra cDAO fliser: uendelig nanowires, nanospirals, nanorør, nanoribbons; og endeligt nano-rektangler. Detaljerede protokoller er beskrevet: 1) forberedelse af T4 ligase og rensning af denatureringen side (polyacrylamid gelelektroforese) i små cirkulære oligonukleotider, 2) Udglødning af stabil cirkulære fliser, efterfulgt af indfødte SIDERS analyse, 3) montering af uendelig 1D nanowires, nanorings, efterfulgt nanospirals, uendelig 2D lattices af nanorør og nanoribbons og finite 2D nano-rektangler, af AFM (Atomic Force mikroskopi) billeddannelse. Metoden er enkel, robust og overkommelige for de fleste labs.

Den cirkulære DNA flyttes lidt langsommere end sin forløber lineære DNA i denatureringen side (figur 2), fordi pore inde den cirkulære DNA er trængt og retarderede gel fibre23,24,25. Den korrekte ligatur reaktion effektivitet for oligo-monomer cyclization afhænger substrat sekvens og koncentration, reaktion temperatur, tid, osv. Som koncentrationen af ...

Watch this Scientific Journal Video about Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules at JoVE.com

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

Denne artikel præsenterer en detaljeret protokol for T4 ligatur og denaturering side rensning af små cirkulære DNA molekyler, udglødning og indfødte SIDERS analyse af cirkulære fliser, montage og AFM billeddannelse af 1D og 2D DNA-nanostrukturer samt Agarosen gel elektroforese og centrifugering rensning af finite DNA-nanostrukturer.

Stabil DNA motiver, 1D og 2D nanostrukturer bygget fra små cirkulære DNA molekyler

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

Denne metode udvider DNA nanoteknologi fra kildematerialerne af lineær oligonukleotid, DAS, til nogle mere cirkulære DAS. De største fordele ved disse tekniske er, at det er en enkel, robust og overkommelig for de fleste laboratorier. Til cirkulær DNA-rensning tilsættes 20 mikroliter af formamid til en opløsning af frisklavet, intakt cirkulært DNA til et endeligt volumen på 140 mikroliter med blanding.Indlæs 16 til 20 mikroliter cirkulær DNA-løsning på hver af syv til ni denatureringssidegelbæde. Bland to mikroliter af lastefarve med otte mikroliter af den tilsvarende prækursor lineær DNA, og injicere blandingen i en separat reference godt. Derefter køre gelen i omkring to timer ved 10 volt per centimeter, stoppe køre, når xylen cyanol FF kan observeres omkring to tredjedele ned gelen.Iført gummihandsker og beskyttelsesbriller, overføre gelen på en fluorescerende tynd-lagkromatografi plade, og bruge et barberblad til at afskære målet gel bands, som skygget af UV bestråling. Placer gelbånd i en to milliliter mikrocentrifuge rør til tørring, derefter mos de tørrede geler i en pasta, og tilsæt de-ioniseret vand på dobbelt så stor gel, for natten omrystning ved stuetemperatur. Den næste morgen, filtrere blandingen i en to milliliter mikrocentrifuge rør, skylning siderne af det første rør med en lille mængde af-ioniseret vand til at inddrive eventuelle resterende DNA, og filtrering igen for at kombinere supernates.Derefter rense den cirkulære DNA via ethanol nedbør, og gemme DNA på minus 20 grader Celsius. For en pot glødning, bland to mikroliter af 10-fold Tris acetat EDTA magnesium buffer, en mikroliter af hver 10 mikromolar DNA-lager opløsning af et sæt af lineære og cirkulære tråde i lige kindtand nøgletal, og yderligere Tris EDTA buffer i en 200 microliter PCR reagensglas, til et endeligt volumen af 20 mikroliters. Derefter gløde samling løsning i en termisk flaske fra 95 til 25 grader Celsius, over 48 timer.Til totrins udglødning af uendelige gitter blandes to mikroliter af 10-foldige Tris aceta EDTA magnesiumbuffer, en mikroliter af hver 10 mikromolar DNA-stockopløsning af et sæt lineære og cirkulære tråde i lige molarforhold og yderligere Tris EDTA-buffer i et 200 mikroliter PCR-reagensglas til et endeligt volumen på 20 mikroliter. I den første sub-flise glødning trin, gløde hver forløber sub-flise løsning i en PCR termocykler, ved hjælp af en hurtig lineær køling metode fra 95 til 25 grader Celsius, over to og en halv time. For at forberede monteringsopløsningen blandes der for hver af de fire uendelige gitterer 10 mikroliter af hver af de to tilsvarende underfleropløsninger sammen til en endelig koncentration på 0,25 mikromolar for hver streng.I det andet gitterglødningstrin, udglød 20 mikroliterblandingen i en PCR-termocyman ved hjælp af en langsom kølemetode. For to trin udglødning af to finite rektangel gitter, bland en mikroliter af 10 gange Tris acetat EDTA magnesium buffer, 0,5 mikroliter af hver 10 mikromolar DNA-bestand løsning af et sæt af lineære og cirkulære tråde i lige molar nøgletal, og yderligere Tris EDTA buffer i en 200 mikroliter PCR reagensglas, til en endelig volumen af 10 mikroliter. I det første udglødningstrin, udglød hver prækursor sub-flise løsning i PCR termocytoren, ved hjælp af den hurtige lineære kølemetode, som vist, fra 95 til 25 grader Celsius, over to og en halv time, og bland de udglødede 32 sub-flise løsninger, hver med 2 mikroliters, sammen i en 200 mikroliter PCR reagensglas, til et endeligt volumen på 64 mikroliter.Derefter, i det andet glødetrin, anneal 64 microliter blandingen i termocynde, ved hjælp af den langsomme køling metode, som påvist. For elektroforese rensning af finite gitter, forberede en indfødt 2% agarose gel og belastning 20 mikroliter af den finite gitter opløsning i hver brønd, sammen med tilsætning af 5 mikroliter af en 100 til 3000 base-pair DNA stige, i en separat brønd. Efter at have kørt gelen i to timer ved 5 volt per centimeter i et isvandbad, skær målgelbåndene på omkring niveauet for 1000 baseparmarkøren under UV-lys, som påvist, og skær gelbåndene i fine stykker.Placer de knuste geler i en filtersøjle, og centrifuger kolonnen for at udtrække gitteret. Derefter indsamles opløsningen til atomkraftmikroskopimaging. Til finite gitterrensning ved polyethalenglycol eller PEG blandes 50 mikroliter af den finite gitteropløsning med et tilsvarende volumen på 15%PEG 8000 buffer, centrifuge opløsningen, og pellets i 100 mikroliter af PEG-bufferen indstilles igen for en ekstra centrifugering.Efter den anden centrifugering suspenderes pellet i Tris acetat EDTA magnesiumbuffer til mikroskopidiadannelse af atomare kraft. For uendelig 2D gitter atomare kraft mikroskop imaging, kløve et frisk lag af glimmer, og deponere to mikroliter af den udglødede prøve på den rene overflade. Lad DNA-gitteret blive absorberet to minutter til glimmeroverfladen, før overfladen vaskes to gange, med 100 mikroliter deioniseret vand pr. vask, der tørrer overfladen med trykluft efter den anden vask.For at opnå atomkraft mikroskop billeder af den uendelige DNA gitter i luften, åbne aflytning tilstand i billedbehandling software, og indstille scanningen størrelse til 0,5 til fem mikrometer, scanningen opløsning til 512 linjer, og scanningen sats mellem en til 3,5 Hertz. Scan derefter glimmeroverfladen med trekantede atomare kraftmikroskopsonder. For finite DNA gitter billeddannelse, kløve et nyt lag af glimmer, som påvist, og deponere 80 mikroliter af en fold Tris acetat EDTA magnesium buffer på den rene glimmer overflade.Dernæst tilsættes fem mikroliter af finite prøver i bufferen, og lad DNA-gitteret to minutter til at absorbere til glimmeroverfladen, før du tilføjer yderligere 50 mikroliter Tris acetat EDTA magnesiumbuffer til sonden. Derefter indstilles scanningsstørrelsen til 0,5 til et mikrometer, scanningsopløsningen til 256 linjer og scanningshastigheden til 1,5 Hertz, før du scanner overfladen med de trekantede sonder, som vist. Den cirkulære DNA bevæger sig lidt langsommere end det er forløber lineær DNA i denaturering side, fordi pore inde i cirkulære DNA er trængt og forsinket af gelfibre.De cirkulære 64 nukleotid forsamling familier har kun én klar og ren bånd for hver forsamling, bekræfter stabiliteten af deres monomer motiver. Den cirkulære 84 nukleotid forsamling familier af fliser, dog har udstrygninger omkring deres vigtigste bånd, hvilket indikerer tilstedeværelsen af mindre biprodukter. Uanset den mindre af produkter af forkerte medarbejdere, fremragende gitter med høje udbytter kan samles fra målet monomer motiver.Hver samling har sine egne morfologiske træk i mikrometerskalaen, såsom nanowirer, nanorør, nanospiraler, nanoribbons og nanorectangles. Under forsøg på denne procedure, er det vigtigt at huske at undgå, især, snavs forurening under eller uden for trinene. Efter det er udvikling, denne teknik banede vejen for forsker inden for DNA nanoteknologi til at udforske nye familiemedlemmer til nogle mere cirkulære DNA nanoteknologi.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Gyroid Nickel Nanostructures from Diblock Copolymer Supramolecules

Gyroid Nickel Nanostructures fra diblokcopolymeren Supramolecules

Nanoporous metal foams possess a unique combination of properties - they are catalytically active, thermally and electrically conductive, and furthermore, ...

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Microfluidic On-chip Capture-cycloaddition Reaction to Reversibly Immobilize Small Molecules or Multi-component Structures for Biosensor Applications

Mikrofluid On-chip Capture-cycloadditionsreaktion reversibelt Immobilisere små molekyler eller Multikomponenttekstilprodukter strukturer biosensoranvendelser

Methods  for rapid surface immobilization of bioactive small molecules with control over  orientation and immobilization density are highly desirable for ...

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

Foldning og karakterisering af en Bio-responsiv Robot fra 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 ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Self-samling af komplekse Todimensionale Former fra Single DNA Fliser

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

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

Udarbejdelse af Mica og Silicon Substrater for DNA Origami Analyse og eksperimenter

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Highly Stable, Functional Hairy Nanoparticles and Biopolymers from Wood Fibers: Towards Sustainable Nanotechnology

Meget Stabilt, Functional Behårede Nanopartikler og Biopolymerer fra træfibre: Mod bæredygtig Nanoteknologi

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

DNA-magnetiske partikel bindende analyse af dynamiske og elektroforese lysspredning

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...

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

Genterapi inspireret Polycation Coating til beskyttelse af DNA Origami nanostrukturer

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