Name: synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly
Uploaded: 2020-02-06T13:00:00
Duration: 9 min 34 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly at JoVE.com

وقد تم دعم هذا العمل من قبل وزارة الطاقة الأميركية، ومكتب العلوم، وعلوم الطاقة الأساسية، تحت جائزة #DESC0012479. تُقر شركة S.C.L. بدعم من برنامج زمالة أبحاث الدراسات العليا التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم، وتعترف شركة أبوظبي للعلوم بالدعم المقدم من شركة بترول أبوظبي الوطنية (أدنوك).

<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> Journal of Theoretical Biology. 99 (2), 237-247 (1982).</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, 297-302 (2006).</li><li>Watt, A. A. R., Bothma, J. P., Meredith, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+supramolecular+structure+of+melanin.">The supramolecular structure of melanin.</a> Soft Matter. 5 (19), 3754-3760 (2009).</li><li>T&#248;rring, T., 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> Chemical Society Reviews. 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>Clausen-Schaumann, H., Rief, M., Tolksdorf, C., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+stability+of+single+DNA+molecules.">Mechanical stability of single DNA molecules.</a> Biophysical Journal. 78 (4), 1997-2007 (2000).</li><li>Rowan, S. J., Cantrill, S. J., Cousins, G. R. L., Sanders, J. K. M., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamic covalent chemistry. Angewandte Chemie - International Edition. 41 (6), (2002).</li><li>Jin, Y., Yu, C., Denman, R. J., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+dynamic+covalent+chemistry.">Recent advances in dynamic covalent chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 42 (16), 6634-6654 (2013).</li><li>Furgal, J. C., Dunn, M., Wei, T., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+Applications+of+Dynamic+Covalent+Chemistry+from+Macro-+to+Nanoscopic+Length+Scales.">Emerging Applications of Dynamic Covalent Chemistry from Macro- to Nanoscopic Length Scales.</a> Dynamic Covalent Chemistry: Principles, Reactions, and Applications. , 389-434 (2017).</li><li>Hartley, C. S., Elliott, E. L., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+assembly+of+molecular+ladders.">Covalent assembly of molecular ladders.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (15), 4512-4513 (2007).</li><li>Wei, T., Furgal, J. C., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long,+self-assembled+molecular+ladders+by+cooperative+dynamic+covalent+reactions.">Long, self-assembled molecular ladders by cooperative dynamic covalent reactions.</a> Polymer Chemistry. 8 (3), 520-527 (2017).</li><li>Dunn, M. F., Wei, T., Scott, T. F., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+dynamic+covalent+assembly+of+molecular+ladders+and+grids+bearing+boronate+ester+rungs.">Aqueous dynamic covalent assembly of molecular ladders and grids bearing boronate ester rungs.</a> Polymer Chemistry. (18), 2337-2343 (2019).</li><li>Furgal, J. C., Van Dijck, J. M., Leguizamon, S. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accessing+sequence+specific+hybrid+peptoid+oligomers+with+varied+pendant+group+spacing.">Accessing sequence specific hybrid peptoid oligomers with varied pendant group spacing.</a> European Polymer Journal. (118), 306-311 (2019).</li><li>Tozawa, T., 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=Porous+organic+cages.">Porous organic cages.</a> Nature Materials. 8 (12), 973-978 (2009).</li><li>Tian, J., Thallapally, P. K., Dalgarno, S. J., McGrail, P. B., Atwood, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amorphous+molecular+organic+solids+for+gas+adsorption.">Amorphous molecular organic solids for gas adsorption.</a> Angewandte Chemie - International Edition. 48 (30), 5492-5495 (2009).</li><li>Jin, Y., Wang, Q., Taynton, P., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+covalent+chemistry+approaches+toward+macrocycles,+molecular+cages,+and+polymers.">Dynamic covalent chemistry approaches toward macrocycles, molecular cages, and polymers.</a> Accounts of Chemical Research. 47 (5), 1575-1586 (2014).</li><li>Ren, F., Day, K. J., Hartley, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-+and+three-tiered+stacked+architectures+by+covalent+assembly.">Two- and three-tiered stacked architectures by covalent assembly.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 55 (30), 8620-8623 (2016).</li><li>Elliott, E. L., Hartley, C. S., Moore, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+ladder+formation+becomes+kinetically+trapped+beyond+four+rungs.">Covalent ladder formation becomes kinetically trapped beyond four rungs.</a> Chemical Communications. 47 (17), 5028-5030 (2011).</li><li>Tran, H., Gael, S. L., Connolly, M. D., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-phase+submonomer+synthesis+of+peptoid+polymers+and+their+self-assembly+into+highly-ordered+nanosheets.">Solid-phase submonomer synthesis of peptoid polymers and their self-assembly into highly-ordered nanosheets.</a> Journal of Visualized Experiments. (57), 1-6 (2011).</li><li>Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptoid+origins.">Peptoid origins.</a> Biopolymers. 96 (5), 545-555 (2011).</li><li>Sun, J., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptoid+polymers:+A+highly+designable+bioinspired+material.">Peptoid polymers: A highly designable bioinspired material.</a> ACS Nano. 7 (6), 4715-4732 (2013).</li><li>Belowich, M. E., Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+imine+chemistry.">Dynamic imine chemistry.</a> Chemical Society Reviews. 41 (6), 2003-2024 (2012).</li><li>Giuseppone, N., Schmitt, J. L., Schwartz, E., Lehn, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scandium(III)+catalysis+of+transimination+reactions.+Independent+and+constitutionally+coupled+reversible+processes.">Scandium(III) catalysis of transimination reactions. Independent and constitutionally coupled reversible processes.</a> Journal of the American Chemical Society. 127 (15), 5528-5539 (2005).</li><li>Sh&#363;, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scandium+triflate+in+organic+synthesis.">Scandium triflate in organic synthesis.</a> European Journal of Organic Chemistry. 1999 (1), 15-27 (1999).</li><li>Wei, T., Furgal, J. C., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+deprotection+and+dynamic+covalent+assembly+using+a+dual+role+catalyst.">In situ deprotection and dynamic covalent assembly using a dual role catalyst.</a> Chemical Communications. 53 (27), 3874-3877 (2017).</li><li>Matsumoto, M., 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=Rapid,+low+temperature+formation+of+imine-linked+covalent+organic+frameworks+catalyzed+by+metal+triflates.">Rapid, low temperature formation of imine-linked covalent organic frameworks catalyzed by metal triflates.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (14), 4999-5002 (2017).</li><li>Ma, X., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+and+challenges+in+the+synthesis+of+three-dimensional+covalent-organic+frameworks.">Approaches and challenges in the synthesis of three-dimensional covalent-organic frameworks.</a> Communications Chemistry. , (2018).</li><li>Perron, V., Abbott, S., Moreau, N., Lee, D., Penney, C., Zacharie, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+method+for+the+selective+protection+of+aromatic+amines+in+the+presence+of+aliphatic+amines.">A method for the selective protection of aromatic amines in the presence of aliphatic amines.</a> Synthesis. 2 (2), 283-289 (2009).</li><li>Wei, T., Jung, J. H., Scott, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+covalent+assembly+of+peptoid-based+ladder+oligomers+by+vernier+templating.">Dynamic covalent assembly of peptoid-based ladder oligomers by vernier templating.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (51), 16196-16202 (2015).</li><li>Ouari, O., Chalier, F., Bonaly, R., Pucci, B., Tordo, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+spin-trapping+behaviour+of+glycosylated+nitrones.">Synthesis and spin-trapping behaviour of glycosylated nitrones.</a> Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions. 2 (10), 2299-2308 (1998).</li><li>Sun, J., Stone, G. M., Balsara, N. P., Zuckermann, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-conductivity+relationship+for+peptoid-based+PEO-mimetic+polymer+electrolytes.">Structure-conductivity relationship for peptoid-based PEO-mimetic polymer electrolytes.</a> Macromolecules. 45 (12), 5151-5156 (2012).</li><li>Sartori, G., Ballini, R., Bigi, F., Bosica, G., Maggi, R., Righi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protection+(and+deprotection)+of+functional+groups+in+organic+synthesis+by+heterogeneous+catalysis.">Protection (and deprotection) of functional groups in organic synthesis by heterogeneous catalysis.</a> Chemical Reviews. 104 (1), 199-250 (2004).</li><li>Kim, 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=Unusual+truncation+of+N-acylated+peptoids+under+acidic+conditions.">Unusual truncation of N-acylated peptoids under acidic conditions.</a> Organic &amp; biomolecular chemistry. 12 (28), 5222-5226 (2014).</li><li>Mannige, R. V., 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=Peptoid+nanosheets+exhibit+a+new+secondary-structure+motif.">Peptoid nanosheets exhibit a new secondary-structure motif.</a> Nature. 526 (7573), 415-420 (2015).</li><li>Edison, J. 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=Conformations+of+peptoids+in+nanosheets+result+from+the+interplay+of+backbone+energetics+and+intermolecular+interactions.">Conformations of peptoids in nanosheets result from the interplay of backbone energetics and intermolecular interactions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 115 (22), 5647-5651 (2018).</li><li>Kobayashi, S., Sugiura, M., Kitagawa, H., Lam, W. W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rare-earth+metal+triflates+in+organic+synthesis.">Rare-earth metal triflates in organic synthesis.</a> Chemical Reviews. 102 (6), 2227-2302 (2002).</li><li>Fujinaga, S., Hashimito, M., Tsukagoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+composition+for+a+ternary+solvent+system+in+tube+radial+distribution+chromatography.">Investigation of the composition for a ternary solvent system in tube radial distribution chromatography.</a> Journal of Liquid Chromatography and Related Technologies. 38 (5), 600-606 (2015).</li></ol>

وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.

وتصف التقنية الواردة هنا التجميع الدينامي المنصهر للأوليغوسات الببتيدية الحاملة للمعلومات، حيث يتم ترميز المعلومات في تسلسل مجموعات القلادة الخاصة بهم. استخدام مونومر أمين محمي Alloc بالتزامن مع مونومر ألدهيد المحمية من الأسيتال الإيثيلين يسمح بإزالة الحماية المتعامدة ، مما يتيح إزالة الحماية من Alloc على الخرز وإزالة الحماية من الأسيتال في الموقع أثناء رد فعل التجميع الذاتي ، وبالتالي ضمان عدم تفاعل التسلسلات المركبة قبل الأوان قبل تنقية القلة وتوصيفها. الأهم من ذلك، يتم تنفيذ التوليف الصلبة المرحلة باستخدام راتنج photolabile لتمكين انشقاق أوليغومر من عصير تحت الأشعة فوق البنفسجية أو تشعيع الضوء البنفسجي، مما يمنع إزالة الحماية المبكرة من حمض-labile، الاسيتال الاثيلين القائم على مجموعة الحماية. ويمكن النظر في عدة مخططات بديلة لإزالة الحماية. على سبيل المثال، قمنا في البداية بتوظيف مجموعات حماية مزدوجة للحمض-لابيل (Boc-amine والأسيتا-ألدهيد الإيثيلين) بنية إزالة الحماية في الموقع بواسطة حمض قوي يتبعه تحييد للسماح لرد فعل التجميع الذاتي بالمضي قدمًا؛ ومع ذلك ، أدى هذا النهج في التوليد الفوري للتعجيل عند إضافة قاعدة. بدلا من ذلك، كان من المتوخى حماية الأمين مع مجموعة حماية photolabile، 2-(2-النيتروفينيل) بروبوكسيكاربونيل (NPPOC)، كما يمكن إزالة الألدهيد انتقائيا عند العلاج مع حمض ثلاثي فلوريوأواسيتيك (TFA) قبل التنقية. لسوء الحظ ، في التحليل الضوئي في الموقع لمجموعة الحماية مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية لم تتحمل إزالة الحماية الكمية ، حتى في وجود الحساسية الضوئية وبعد فترات إشعاع طويلة25. يمكن استخدام ثلاثي ميثيل الليميثوكسيكاربوكربونيل (أي تيوك) كمجموعة تحمي الأمين ويخضع للانشقاق عند العلاج بثلاثيات المعادن الأرضية النادرة؛ ومع ذلك ، يتطلب إزالة الحماية الكمية Teoc أعلى بكثير من تحميل المعادن النادرة من ذلك الضروري لإزالة الحماية من الإيثيلين الأسيتال. لهذا البروتوكول، يمكن استخدام تيوك-الأمينات، ولكن يجب تعديل تركيز حمض لويس وفقا لذلك كما إزالة الأمين دون الكمية يمكن أن تكون إشكالية لهياكل أكبر تجميعها ذاتيا. تم النظر في مجموعات وظيفية Aliphatic لفترة وجيزة ، ولكن إزالة الحماية من ألدهيدات الأفاتيك يتطلب ظروفًا قاسية تُقطع تسلسلات الببتيد32،33.
إن إدراج الني وNma كمخلفات فاصلة خاملة يعمل على تحسين ذوبان القلة وتمكين وضع علامات كتلة سهلة على القلة السليفة لتحمل التعرف الجاهز على الأنواع المتولدة عن طريق التحليل الطيفي الشامل. وعلاوة على ذلك، نظرا ً للتشكيل "التوليفي" من الببذبوتيدات حيث تعتمد الأجزاء الأساسية المجاورة حالات دورانية معارضة لتشكيل أوليغومر خطي خالٍ من التقلبات34،35، فإن التسلسلات التي تتضمن بقايا فاصلة ديناميكية متناوبة وخاملة تسهل بنية يتم فيها توجيه مجموعات القلادة التفاعلية في نفس الاتجاه. وبالنظر إلى براعة طريقة submonomer ، يمكن استخدام مكتبة كبيرة ومتنوعة من الأمينات الأولية لزيادة تعديل oligomers peptoid ولكن قد تتطلب تعديلات على البروتوكول للحفاظ على كفاءة اقتران عالية.
في حين أن oligo (peptoids) يمكن توليفها يدويا في وعاء تفاعل الزجاج19، أتمتة العملية يقلل من الوقت لكل بقايا إضافة من عدة ساعات إلى نصف ساعة. بالإضافة إلى ذلك، تقلل الأتمتة من كمية المونومر وغسل النفايات المذيبة، وهو أمر مرغوب فيه بشكل خاص عند استخدام مونومرات الأمين الأولية غير المتاحة تجاريًا. على الرغم من أن انشقاق Alloc من بقايا الأمين المحمي هو رد فعل فعال ، يمكن أن يؤدي أكسدة البلاديوم إلى إزالة الحماية غير الكاملة. وبالتالي، يقترح اختبار الرمق جزء من الراتنج وتوصيف مدى إزالة الحماية مع ESI-MS. لاختبار الانقسامات، 30 دقيقة تحت 405 نانومتر النشرات التشعيع كافية لقياس الطيف الكتلي. يمكن أن يقتصر الحماية الجزئية مع استخدام الظروف اللاهوائية أو تكرار رد فعل إزالة الحماية.
في حين أن هذه المقالة تركز على Sc (OTf)3 ككاشف متعدد الأدوار ، فقد ثبت أن الألواح المعدنية النادرة الأخرى ، مثل ytterbium triflate ، تتوسط بنجاح في تجميع سلالم الجزيئية الموجه للمعلومات. وتجدر الإشارة إلى أن Sc (OTf)3 هو أكثر حمضية لويس من الترايثات المعدنية النادرة الأرضية. وبالتالي ، نظرا لانخفاض القدرة الحفازة التي تتيحها غيرها من triflates المعادن النادرة الأرض24،36، قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من المعادلات لتنفيذ إزالة الإيثيلين اسيتال كاملة والتفكك حبلا. ويمكن تحديد عدد المعادلات المطلوبة باستخدام قياس الطيف الكتلي MALDI عن طريق ملاحظة نقطة تنفصل فيها الخيوط تماماً. الانفصام أمر بالغ الأهمية في عملية التجميع الذاتي ويماثل ذوبان خيوط الحمض النووي في درجة حرارة مرتفعة. يتيح الاستخراج اللاحق للمحفز تكوين وتعطيل الاقترانات المزدوجة الديناميكية التي تدفع تجميع الدوبلبلات الخاصة بالتسلسل. هذا الصلب التدريجي من خيوط oligomeric يتحايل على الملائمة الحركية (التي، بالنسبة للسلالم الجزيئية، يمكن أن تسفر عن الأنواع خارج التسجيل أو تسلسل الزوج بشكل غير صحيح) التي تعاني منها أساليب أخرى.
الكلوروفورم هو مذيب ممتاز كفصل مرحلة في نظام الكلوروفورم / الأسيتونتريل / المياه الثلاثية المستخدمة هنا يعزز الاستخراج الجزئي لحمض لويس دون أن يؤدي إلى هطول الأمطار من الهياكل ذاتية التجميع37. بالإضافة إلى ذلك، الكلوروفورم هو واحد من المذيبات القليلة التي تعزز تكوين الإامين مع الحفاظ على ذوبان السلم الجزيئي. ويمكن في كثير من الأحيان ملاحظة كميات ضئيلة من الدوبلز خارج السجل والدوبلز المقترنة بشكل غير صحيح بسبب الطبيعة الدينامية للنظام. وعلى الرغم من أن هذا النظام لا يتأثر إلى حد كبير بالتباين الصغير في تركيزات المعادن الأرضية النادرة عند الاستخراج، فإن عدم كفاية استخراج المحفزات يولد في بعض الأحيان جزءاً كبيراً من التهجين غير الكامل ووصلات القلة غير المحددة. في هذه الحالة ، من الأفضل بشكل عام إعادة الإنفصال أولاً بمكافئات إضافية 1.5 من المحفز ثم استخراج مرة ثانية بدلاً من إعادة استخراجها على الفور ، حيث أن الانفصال الكامل للخيوط المفردة أمر حيوي للعملية. لتجميع عدة سلالم جزيئية فريدة من نوعها مشفرة بالمعلومات في وقت واحد ، قد يكون من الضروري زيادة تركيز محلول مخزون triflate المعدن النادر الأرض المستخدم للحفاظ على مكافئات وحجم التفاعل الكلي.
في حين أن هذه التجميعات الذاتية تتميز في المقام الأول بالقياس الطيفي الكتلي ، فإن التقنيات الأخرى بما في ذلك نقل الطاقة بالرنين الفلوري (FRET) ممكنة. وتشمل القيود كمية المواد اللازمة، والقدرة على تحمل تكاليف المونومرات، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء. التقنيات التي تتطلب المذيبات، مثل 1H NMR، يمكن أن تعاني بالإضافة إلى ذلك من عدم قابلية الذوبان من الهياكل التي تم تجميعها ذاتيا. وعلاوة على ذلك، يمكن تحديد تركيزات المعادن النادرة بعد الاستخراج من خلال أساليب مثل ICP-MS أو 19NMR مع معيار داخلي.
ومع تقدم التقدم نحو تحسين السيطرة على الهياكل النانوية والمواد الكلية وفوق الجزيئية، ينشأ التحدي المتمثل في تصميم وتلفيق التجميعات العادية، ولكن القابلة للتعديل. ويوفر البروتوكول الموصوف في هذا التقرير مساراً لتحقيق هذه الهياكل النانوية من خلال التجميعات الانتقائية التسلسلية عن طريق التفاعلات العضوية الدينامية.

وقد أتاح التقدم المحرز في التجميع الذاتي، وهي العملية التي تولد بها الوحدات الفرعية الصغيرة أبنية أكبر من خلال مسارات تحركها الدينامية الحرارية، تحكماً أفضل في الهياكل النانوية الكلية وفوق الجزيئية عادة عن طريق استغلال التفاعلات بين الجزيئات مثل التراص ورابطةالهيدروجين1و2و3و4. على وجه الخصوص ، ظهرت الأحماض النووية (أي المتعددة النيوكليوتيدات) كوسائط نانو بناء متعددة بشكل ملحوظ حيث أن كثافة المعلومات العالية التي يوفرها اقتران قاعدة Watson-Crick تسمح بتجميع الهياكل المعقدة الانتقائية للتسلسل4،5. في حين أن القوة المنخفضة بطبيعتها لهذه الروابط العابرة بين الجزيئيات تمكن من إعادة ترتيب الوحدة الفرعية وتصحيح الأخطاء ، فإن الهياكل الناتجة غالبًا ما تكون عرضة للتدهور الحراري والميكانيكي6. في المقابل، تفاعلات حيوية التكافؤ7،8،9، فئة من ردود الفعل القابلة للتهيئة السندات المندرجة التي يمكن عكسها أو إعادة ترتيبها في ظل ظروف خفيفة وقد تم توظيفها مؤخرًا لإنتاج جزيئات معقدة مثل سلالم10،11،12،13، أقفاص14،15،16، وأكوام17، تقدم زيادة قوة السندات والهياكل القوية. ومما يؤسف له أن القدرة على إعادة الترتيب والتحقق من الأخطاء تتضاءل بسبب الانخفاض النسبي في معدلات إعادة ترتيب هذه الأنواع المندمجة، مما يحد من قدرتها على التجميع الذاتي إلى منتجات مرغوبفيها18. لمعالجة هذا الملائمة الحركية ، غالبًا ما يتم استخدام المحفزات أو ظروف رد الفعل القاسية جنبًا إلى جنب مع اللبنات الأساسية البسيطة. هنا، نبلغ عن عملية تتحايل على الملائمة الحركية لتمكين التجميع الذاتي للسلالم الجزيئية من القلة الخاصة بالتسلسل حيث يتم توجيه التهجين بواسطة المعلومات المشفرة في تسلسل بقايا القلة.
وبالنظر إلى إمكانية الوصول الاصطناعية، يتم استخدام البولي (N-alternativeed glycine) (أي الببتيدات) كسلائف oligomeric التي يتم تجميع السلالم الجزيئية منها19. البببيدوتيدات هي ايزومرات هيكلية من الببتيدات التي يتم فيها لصق مجموعات القلادة على النيتروجين الذي يحمله العمود الفقري بدلاً من أن تقترن بالكربون α20. باستخدام تخليق المرحلة الصلبة ، يتم بسهولة تحقيق التنسيب الدقيق لمجموعات القلادة العضوية الديناميكية على طول سلسلة البذبويد ، مما يسمح بتصميم oligomers السلائف التي يمكن أن تتجمع في هياكل فوق جزيئية معقدة21.
يتم استخدام إعادة ترتيب المنصهر الديناميكي للاتصال imine في هذا الإجراء حيث يوفر تفاعل التكثيف المولد للأيمن وسيلة مريحة لتوصيف التجميع الذاتي عن طريق قياس الطيف الكتلي حيث أن كل سند يشكل نتائج في انخفاض كتلة 18 جم/مول22. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تختلف التوازن بين الأمين والمواد المتفاعلة ألدهيد والمنتج ايمين عن طريق تغيير تركيز حمض. على وجه التحديد، وتستخدم ثلاثيات المعادن الأرضية النادرة للتأثير على التوازن، وبالإضافة إلى ذلك إزالة حماية الألديهيد الألدهيدات الأسيتال المحمية من الإيثيلين23،24،25. تجدر الإشارة إلى أن تريفلات السكانديوم يستخدم بالفعل بشكل شائع في مجال التجميع الذاتي المنقافي الديناميكي ، بما في ذلك نجاحه الأخير في المساعدة على تركيب الأطر العضوية العضوية العضوية العضوية (COFs) في درجة حرارة الغرفة26،27. بالإضافة إلى ذلك، فإن الذوبان المتناقض لتسلسل اتّهات القلة (الببتيد) وتريفلات المعادن الأرضية النادرة يمكّن من التحكم في التوازن من خلال استخراج السائل السائل. وتستخدم العملية المبلغ عنها هذه السيطرة للتحايل على الحواجز الحركية التي تحول دون التجميع الذاتي الموجه للمعلومات.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1,4-Dioxane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D1114</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA)</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>54793</td>
			<td>Matrix substance for MALDI-MS; &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-(2-Aminoethyl)aniline</td>
			<td>Ontario Chemicals</td>
			<td>A2076</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Cyanobenzaldehyde</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>049317</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Methylpiperidine</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>P0445</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-Toluenesulfonyl chloride</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>BR1703</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL High Performance Centrifuge Tubes</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>21008-240</td>
			<td>Centrifuge Tubes used for automated synthesizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A38-212</td>
			<td>Glacial</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetic anhydride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A10</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>34851</td>
			<td>For HPLC; Gradient grade; &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>All-plastic Norm-Ject syringes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>S7510-10</td>
			<td>Luer-Slip Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allyl chloroformate</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>221741000</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bromoacetic acid</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>A14403</td>
			<td>&#8805;98.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>288306</td>
			<td>Anhydrous; &#8805;99%; Contains 0.5-1.0% ethanol as stabilizer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform-d</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>AC320690075</td>
			<td>For NMR; 99.8 atom % D; Packaged in 0.75 ml ampoules</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichlorodimethylsilane</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>1133100</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloroethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E175</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>D37-4</td>
			<td>Stabalized; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>615080010</td>
			<td>Anhydrous; ACS reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethylene glycol monoethyl ether</td>
			<td>TCI America</td>
			<td>E0048</td>
			<td>&#8805;99.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Decon Labs</td>
			<td>2701</td>
			<td>200 Proof; Anhydrous</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>E178</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fmoc-Photolabile SS resin</td>
			<td>CreoSalus</td>
			<td>SA50785</td>
			<td>100-200 mesh; 1% DVB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Peptide Vessel</td>
			<td>Chemglass</td>
			<td>CG-1866-02</td>
			<td>Solid Phase, T-Bore PTFE Stpk, Vacuum, Medium Frit, GL 25 Thread</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LC-6AD HPLC pumps</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED 405nm</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>M405L2-C1</td>
			<td>405 nm LED used for photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED Driver</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>LEDD1B</td>
			<td>Driver for LED light used in photocleavage of peptoid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liberty Blue Automated Peptide Synthesizer</td>
			<td>CEM Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium aluminum hydride</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>199877</td>
			<td>Powder; Reagent grade; 95%; CAUTION: Mildly pyrophoric, handle under inert gas and protect from moisture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 analytical RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4252-E0</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 prepatory RP-HPLC column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td>00G-4253-P0-AX</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A412</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microliter Syringe</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>80700</td>
			<td>Cemented Needle (N)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N&#39;-Diisopropylcarbodiimide (DIC)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>M02889</td>
			<td>&#8805;99.0%; CAUTION: DIC is hazardous to eyes, skin, via respiratory inhalation, and may cause skin sensitization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>319937</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitric acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A200-212</td>
			<td>Certified ACS Plus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>Cryogenic Gases</td>
			<td></td>
			<td>Contents under pressure, may explode if heated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenylsilane</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>S13600</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prominence SPD-10A UV/vis Detector</td>
			<td>Shimadzu Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p-Toluenesulfonic acid monohydrate</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>402885</td>
			<td>ACS reagent; &#8805;98.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scandium(III) triflate</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>009343</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-use Needle</td>
			<td>Exel International</td>
			<td>26420</td>
			<td>18G x 1 1/2&#8243;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>094448</td>
			<td>99%; CAUTION: NaN3 may react with lead and copper which results in the formation of highly explosive metal azides. It is acutely toxic and fatal if swallowed or in contact with skin.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S233</td>
			<td>Powder; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S318-100</td>
			<td>Pellets; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium sulfate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S421-500</td>
			<td>Anhydrous; Granular; Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Filter 0.45 &#181;m</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>28145-497</td>
			<td>PTFE, Syringe Filters with Polypropylene Housing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T397</td>
			<td>Certified</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0)</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>034279</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T324</td>
			<td>Certified ACS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triphenylphosphine</td>
			<td>Oakwood Chemical</td>
			<td>037818</td>
			<td>99%</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of information-bearing peptoids and their sequence-directed dynamic covalent self-assembly

يعرض هذا البروتوكول استخدام الكواشف متعددة الأدوار الحمضية لويس للتحايل على الملائمة الحركية التي لوحظت أثناء التجميع الذاتي لخيوط القلة المشفرة بالمعلومات بوساطة تفاعلات ديناميكية زوجية مقترنة بطريقة تحاكي الدراجات الحرارية المستخدمة عادة للتجميع الذاتي لتسلسلات الحمض النووي النووي التكميلي. يتم استخدام مونومرات الأمين الأولية التي تحمل ألدهيد وثنائيات قلادة الأمين مع مجموعات الحماية المتعامدة لاستخدامها كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ. باستخدام مركب الببتيد الآلي المعدل ، يتم ترميز مونومرات الأمين الأولية في خيوط oligo (peptoid) من خلال تخليق تحت يلومير في المرحلة الصلبة. عند التنقية بواسطة الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC) والتوصيف بواسطة قياس الطيف الكتلي التأين يُتأين بالكهرباء (ESI-MS)، يتم إخضاع القلة المحددة للتسلسل إلى تحميل عالي من ثلاثية معدنية حمضية من Lewis الحمضية والتي تقوم على حد سواء بإزالة الحماية من الـ alde moihyde وتؤثر على توازن الزوج المعتفي بحيث تنفصل الخيوط تمامًا. وفي وقت لاحق، يتم استخراج جزء صغير من حمض لويس، مما يتيح تحديد خيوط تكميلية خاصة بالتسلسل لتشكيل سلالم جزيئية مشفرة بالمعلومات تتميز بمصفوفة بمساعدة قياس الطيف الكتلي بالليزر المسيبة/التأينية (MALDI-MS). يتحايل الإجراء البسيط المبين في هذا التقرير على الفخاخ الحركية التي يتم تجربتها عادة في مجال التجميع المنافلي الديناميكي ويعمل كمنصة للتصميم المستقبلي للبنيات القوية والمعقدة.

لإثبات قدرة الببتيدات المشفرة بالمعلومات على الخضوع للتجميع الذاتي الديناميكي الانتقائي للتسلسل في سلالم جزيئية ، تم تصنيعها وتوليفها مع تسلسلها الببُعفي التكميلي ، وهو خصلة تمثيلية ، H2N-Ne-Npal-Neee]2- Npam-Nma. تم استخدام مونوميرس Npam و Npal (تتميز بـ 1H NMR (500 MHz) ، الشكل 1) كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ مع Neee مما يساعد على ذوبان المنتجات النهائية ذاتية التجميع. وبالإضافة إلى ذلك، فإن إدراج مونومر Nma المتاح تجارياً يتيح التمايز الجماعي بين التسلسلين التكميليين. عند الانتهاء من تخليق submonomer المرحلة الصلبة، تمت إزالة مجموعة Alloc مع Pd (PPh3)4. قبل وبعد إزالة الحماية ، كانت أجزاء من الراتنج متشبثة تحت ضوء 405 نانومتر وتتميز ESI-MS(الشكل 2). تم تنقية التسلسل من قبل الإعدادية HPLC، lyophilized لتحقيق مسحوق أبيض، والنقاء وأكد مع HPLC التحليلية(الشكل 3). تم تهجين أوليجو (peptoid) في وقت لاحق مع تسلسلها التكميلي ، H2N-N-Npal-Neee - Nam-Neee]2- Npal ، لتحمل سلم في التسجيل أكدته MALDI-MS(الشكل 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig1a.jpg"> الشكل 1: مخططات مونومر الاصطناعية و1أطياف H-NMR. (أ) مخططات مونومر التركيبية مع الكواشف والشروط: '1' الكلوروفلورماتيا الحليف، 10 في المائة حمض الخليك مائي، 1،4-ديوكسان، درجة حرارة الغرفة، بين عشية وضحاها؛ '2' جلايكول الإيثيلين، حمض التولوين - ف - السلفونيك، التولوين، الجزر، بين عشية وضحاها؛ '3' LiAlH4، اللامائية Et2O ، 0 درجة مئوية لمدة 4 ساعة ثم درجة حرارة الغرفة لمدة 12 ساعة ؛ '4' كلوريد التول، THF، 0 درجة مئوية؛ (v)NaN3،DMF، 60 درجة مئوية، 36 ساعة؛ '6' تريفينيلفوسفين، THF، بين عشية وضحاها. (ب) مونومر 1H-NMR أطياف (500 ميغاهرتز، CDCl3): (1) 4-(2-aminoethyl)-N-(allylcarbonyloxy) الفينيل امين (Npam)؛ '2' 4-(1,3-ديوكساسيكلت-2-yl)بنزيلامين (نبال)؛ '3' 2-(2-ethoxyethoxy)ethylamine (ني). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig1alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig2.jpg"> الشكل 2: توليف وإزالة الحماية من أوليجو تسلسل محددة (peptoid). (أ) هياكل H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma قبل وبعد إزالة مجموعة حماية Alloc مع الطيف الجماهيري المصاحب (B) ESI. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig2alarge.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig3a.jpg"> الشكل 3: تنقية وتوصيف الببتيد المشفرة بالمعلومات. (أ) مخطط الكروماتوغرام HPLC لتنقية الخلاب بواسطة HPLC إعدادي مع تدرج خطي من الأسيتونتريل (MeCN) والماء: (1) 30٪ MeCN، 0.1-2.1 دقيقة؛ (2) 30-95٪ MeCN، 2.1-16.1 دقيقة؛ (3) 95٪ MeCN، 16.1-23.1 دقيقة؛ (4) 95٪ MeCN، 23.1-26.1 دقيقة. القمم i و ii تتوافق مع انخفاض الوزن الجزيئي التفاعل الثانوي المنتجات، في المقام الأول DIC-اليوريا، وأنواع القلة بما في ذلك المنتج المطلوب، على التوالي. (ب) مخطط لوني تحليلي لـ HPLC و(C) ESI الطيف الكتلي H2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2- Npam-Nma بعد الليوفيلي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig3large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60442/60442fig4.jpg"> الشكل 4: التجميع الذاتي لH2N-[Npam-Neee-Npal-Neee]2-Npam-Nma وتسلسله التكميلي، H2N-[Npal-Neee-Nam-Neee] 2-Npal. (أ) هياكل التسلسلين والتجميع الناتج عن ذلك القائم على التسلسل. (ب) الطيف الكتلي MALDI من السلم الجزيئي بعد الصلب في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها. الجماهير: المتوقع [M +Na]+ = 3306.7، وجدت 3306.0؛ المتوقع [M-1 imine+Na]+ = 3324.7، وجدت 3323.9؛ المتوقع[M-2 imine +Na]+ = 3342.7، وجدت 3342.8؛ المتوقع[M-2 imine +CH3OH+H]+ = 3352.8، وجدت 3352.0. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60442/60442fig4large.jpg" target="_blank">يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly at JoVE.com

Synthesis of Information-bearing Peptoids and their Sequence-directed Dynamic Covalent Self-assembly

يتم تقديم بروتوكول لتركيب أوليغوس اتبرويد مشفرة بالمعلومات وللتجميع الذاتي الموجه للتسلسل من هذه الببيدويدات في سلالم جزيئية باستخدام الأمينات والألدهيدات كأزواج ديناميكية متفاعلة التكافؤ ولويس الحمضية النادرة الأرض المضخات المعدنية ككواشف متعددة الأدوار.

توليف البببتيدات الحاملة للمعلومات والتجميع الذاتي الديناميكي المنضدي الموجه للتسلسل

This protocol presents the use of Lewis acidic multi-role reagents to circumvent kinetic trapping observed during the self-assembly of information-encoded ...

هذا البروتوكول يتيح تجميع المعلومات الموجهة من تسلسل القلة من التفاعلات التساهمية الديناميكية ، ومحاكاة حقا التهجين تسلسل انتقائية من الأحماض النووية ولكن مع زيادة قوة السندات بين العلامات التجارية. وعادة ما تقتصر الجمعيات التشاركية الديناميكية على البنيات البسيطة بسبب قدرتها المحدودة على إعادة ترتيب السندات وتصحيح الأخطاء. وعلى النقيض من ذلك، من خلال رفع تركيز حمض لويس للتأثير على تفكك السندات وتحفيز إعادة ترتيب السندات في وقت لاحق، تخفف هذه التقنية من قيود التراكب الحركي السائدة في أنظمة التجميع الذاتي.يمكن استخدام هذه الطريقة في مجموعة متنوعة من المجالات التي تستخدم تفاعلات إعادة ترتيب السندات التكافؤ ، من الأطر العضوية التكافؤ مع معدلات عيب منخفضة بشكل استثنائي إلى واجهات الأنسجة الحيوية القادرة على التكيف واستيعاب إعادة عرض مستمر لركيزة الأنسجة. عند تنفيذ هذه التقنية للمرة الأولى، قد يجد الأفراد تجمعات محصورة الحركية حتى بعد أوقات التلين المطولة. وننصح المستخدمين لأول مرة بمحاولة التهجين بين القلة التي تحمل حصرا الألدهيد وبقايا الأمين حصرا، وتبسيط المعلومات المشفرة وبالتالي التهجين.لبدء هذا الإجراء، تزن 0.125 غراما من FMOC فوتولابايل الراتنج الدعم الصلبة وإضافته إلى وعاء رد فعل المزج الآلي fritted. أدخل الوعاء في الجزء الميكروكروميك من المزج. ملء زجاجة المذيبات الرئيسية مع DMF وزجاجة deprotection مع حل 20٪ 4-ميثيلبيريدين في DMF وإفراغ النفايات.بعد ذلك، قم بإعداد محلول مولوي واحد من حمض بروم أوسيتيك و DIC في DMF مع أحجام إجمالية قدرها 1.5 ملليلتر لكل بقايا في التسلسل و 0.47 ملليلتر من أنهيدريد الخل إلى 4.53 ملليلتر من DMF لصنع محلول 5 ملليلتر. إعداد 0.5 حلول الولي لكل أمين الأولية لاستخدامها في NMP. وينبغي أن يكون الحجم الإجمالي لكل حل 2.5 ملليلتر لكل بقايا من أمين الابتدائية المناسبة بالإضافة إلى 2.5 ملليلتر إضافية.إضافة جميع الحلول إلى المزج الآلي متعددة. باستخدام المزج الببتيد الآلي، تضخم الراتنج، ينشق مجموعة FMOC، وتنفيذ رد فعل النزوح كما هو مبين في بروتوكول النص. بعد ذلك، ملح جدران وعاء رد فعل الزجاج fritted مجهزة stopcock ثلاثية الاتجاه عن طريق ملئه إلى الأعلى مع حل 5٪ ثنائي كلوروديميثيلسيلين في DCE.السماح لها الجلوس لمدة 30 دقيقة ثم استنزاف السفينة وغسلها مع DCE والميثانول. بعد أن يكون الوعاء جافًا ، قم بنقل الراتنج إليها. غسل الراتنج ثلاث مرات مع DCM باستخدام خمسة ملليلتر لكل غسل في حين محتدما مع غاز النيتروجين من خلال ذراع واحدة وسحب الفراغ مع آخر.الجافة وتخزين الراتنج و oligopeptoid المرفقة حتى إزالة الحماية والانقسام. عندما تكون على استعداد لمواصلة, إعادة تنتفخ الراتنج إذا كان قد تم تخزينها لأكثر من يوم واحد عن طريق محتدما مع خمسة ملليلتر من DMF لمدة 10 دقائق. استنزاف السفينة وإضافة شريط صغير يحرك المغناطيسي وثلاثة ملليلتر من DCM الجافة إلى وعاء الببتيد الزجاج.تزن 0.1 ما يعادل محفز البلاديوم و 25 ما يعادلها من فينيلسيلين لكل مجموعة alloc. استخدام المشبك لوضع وعاء رد الفعل في زاوية فوق لوحة ضجة بحيث يخضع الراتنج التحريض لطيف في حين تبقى معلقة في المذيبات وغطاء السفينة لمنع DCM من التبخر. بعد ساعة واحدة، تصفية قبالة الحل وغسل الراتنج ثلاث مرات مع DCM باستخدام خمسة ملليلتر في غسل.ثم، كرر إزالة الحماية alloc مرة أخرى. بعد ذلك، شطف الراتنج بالتسلسل مع الميثانول وDCM مرتين ونقل الراتنج والمغناطيسية شريط اثارة إلى 20 ملليلتر قارورة. غمر الراتنج في DMF ، ويحرك ، ويشد كما هو مبين في بروتوكول النص.ثم، استخدام مرشح حقنة لفصل oligopeptoid المحررة من الراتنج وإزالة المذيبات تحت فراغ. إعادة تكوين peptoids في خليط 50-50 من الماء و acetonitrile وتنقية مع عكس مرحلة إعداد HPLC. الجمع بين الكسور النقية، ثم تجميد وlyophilize لهم أن تسفر عن مسحوق أبيض.تحليل مسحوق مع ESI وقياس الطيفية الكتلة MALDI. لتقييم النقاء، قم بإجراء HPLC التحليلية من oligopeptoids المنقى. أولاً، إعداد حلول مخزون 10 ملليمولر من كل تسلسل oligopeptoid تستخدم للتجميع الذاتي وحل مخزون 10 ملليمولار من الزريفات المبيديوم في الأسيتونيتيريل اللامائية.أضف 20 ميكرولترات من كل محلول من الأسهم peptoid إلى قارورة ثلاثة ملليلتر مجهزة ببار مغنطيسي. إضافة 1.5 ما يعادل من محلول التفاهات الممدنوم لكل السندات أمين المحتملة من محلول الأسهم وإضافة ما يكفي من الماء و acetonitrile لتشكيل 200 ميكرولترات من 2٪ من الماء وحل الأسيتونيتريل. يُحرّك بلطف عند درجة حرارة 70 درجة مئوية لمدة ساعتين لdeprotection الأسيتيل من الألدهيد والتفكك من جميع الخيوط.بعد ذلك، اُسخن القارورة بـ 200 ميكرولتر من الكلوروفورم ومليلترين من الماء. هز القارورة بلطف. السماح للخليط لتقف لمدة 15 دقيقة على الأقل.عند فصل المرحلة الكامل ، استخراج الطبقة العضوية مع حقنة microliter. نقل طبقة العضوية إلى قارورة جديدة ويحرك في 70 درجة مئوية لال oligomer الصلب الذي يستغرق عادة ست ساعات. لإثبات قدرة الببتويدات المشفرة للمعلومات على الخضوع للتجميع الذاتي الديناميكي الديناميكي المتتابع في سلالم جزيئية ، يتم تصنيع حبلا تمثيلي وتهجينه مع تسلسله الببتويدي التكميلي.يتم استخدام MONOMERS NPAM وNPAL كأزواج تتفاعل ثنائية ثنائية ديناميكية مع NEEE تساعد على ذوبان المنتجات النهائية ذاتية التجميع. عند الانتهاء من تركيب الطور الفرعي، تتم إزالة مجموعة الـ alloc. قبل وبعد إزالة الحماية، كانت أجزاء من الراتنج مشقوقة تحت 405 نانومتر ضوء وتتميز بالمقياس الطيفي الكتلي المؤين للرذاذ الكهربائي.يتم تنقية التسلسل من قبل HPLC الإعدادية، ثم lyophilized لتحقيق مسحوق أبيض ونقاء وأكد مع HPLC التحليلية. ويُهجَّن القلة في وقت لاحق بسلسلة تكميلية منه لتحمل سلم التسجيل الذي أكدته MALDI-MS. عند تنفيذ هذا الإجراء، تذكر أن تسمح بوقت كاف للطبقات منفصلة تماما حتى يصبح الكسر مائي شفافة، على الأقل 15 دقيقة لضمان استخراج محفز كاف.بعد الانتهاء من هذا الإجراء التجميع، ينبغي إجراء قياس الطيف الشامل لتحديد مدى التهجين. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام قياس الطيف الكتلي الكتلي البلازما أو الفلور NMR مقرونة بشكل حثائي لتقييم تركيز الاسكندنيوم بعد الاستخراج. في حين تم تطوير هذه التقنية مؤخرا ، فإننا نتوقع أن نهج المحاكاة الحيوية الموصوفة في عملنا سيكون له دور فعال في توجيه المستقبل تصميم والمعلومات الموجهة تجميع الهياكل النانوية المعقدة.العديد من الكواشف المستخدمة هنا خطرة. يرجى توخي الحذر عند التعامل مع هذه المواد الكيميائية أو أي مواد كيميائية أخرى. ارتداء جميع معدات الحماية الشخصية وإجراء جميع التجارب داخل غطاء محرك الدخان.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Acids and Bases

SCIENTISTS IN ACTION

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

اوريغامي الملهمة التجميع الذاتي للجزيئات منقوشة واعادة التشكيل

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

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

تشكيل الهياكل الجزيئية البيولوجية أمرت قبل التجميع الذاتي من الببتيدات قصير

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

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

التجميع الذاتي من الأشكال ثنائية الأبعاد المعقدة من البلاط DNA المفرد الذين تقطعت بهم السبل

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

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

توليف غير موحد العلاقات العامة مخدر SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; سيراميك وخصائص الحرارية منها

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks (COFs): A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

Microfluidic-based Synthesis of Covalent Organic Frameworks COFs: A Tool for Continuous Production of COF Fibers and Direct Printing on a Surface

ميكروفلويديك التوليف القائم على الأطر العضوية التساهمية (كوفس): أداة للإنتاج المستمر للألياف كوف والطباعة المباشرة على سطح

Covalent Organic Frameworks (COFs) are a class of porous covalent materials which are frequently synthesized as unprocessable crystalline powders. The ...

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

تطعيم الأنابيب النانوية الكربونية مولتيواليد مع البوليستيرين لتمكين التجميع الذاتي والرقع متباين

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

خلايا السائل مجهر إلكتروني لتعقب التجميع الذاتي من جسيمات نانوية

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

Synthesis and Mass Spectrometry Analysis of Oligo-peptoids

توليف وتحليل الطيف الكتلي اليغو-بيبتويدس

Peptoids are sequence-controlled peptide-mimicking oligomers consisting of N-alkylated glycine units. Among many potential applications, peptoids have ...

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

تصنيع نانوكريستالس Micellar كروية وعلى شكل دودة من خلال الجمع بين اليكتروسبراي، التجميع الذاتي، ومراقبة الهيكل القائم على مذيب

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

Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

إعداد أيونات أزيريدينيوم تربين مستقرة وعلى فتح الحلقة لتوليف أزاهيتيروسيكليس

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the ...