Diese Forschung wurde teilweise durch das Global Research Center Entwicklungsprogramm durch die National Research Foundation von Korea(NRF) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT) (2015K1A4A3047345) und Nano· unterstützt. Material Technology Development Program durch die National Research Foundation von Korea (NRF) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT) (2012M3A7A9671610). Das Institute of Engineering Research an der Seoul National University zur Verfügung gestellt Forschungseinrichtungen für diese Arbeit. Autoren erkennen Dankbarkeit gegenüber Tae-Young Yoon (Biological Sciences, Seoul National University) bezüglich der Fluoreszenz-Spektroskopie für die Bund-Analyse.

1. Aufbau der 6 von 6 DNA-Akkordeon-Rack mit CaDNAno14
<ol><li>Herunterladen und installieren CaDNAno 2.0 Software14 um ein DNA-Akkordeon-Rack zu entwerfen (CaDNAno 2.5 ist auch verfügbar auf https://github.com/cadnano/cadnano2.5). Öffnen Sie CaDNAno14 , und klicken Sie auf das Quadrat-Werkzeug fügen Sie ein neues Bauteil mit einem quadratischen Gitter.</li>
	<li>Nummer jeder Strahl des Racks, Akkordeon und zeichnen Sie auf der linken Gitter des CaDNAno14 (Abbildung 2).</li>
	<li>Klicken Sie auf das Bleistiftwerkzeug und ziehen Sie jeden Strahl auf die richtige Bearbeitungsfeld auf der CaDNAno14. Pause strahlt jede 32 bp, die für Fugen zwischen benachbarten Balken ist. Legen Sie Grundnahrungsmittel Frequenzweichen in der gleichen Position wie die Gelenke. Verwenden Sie das Tool einfügen und das Buntstift-Werkzeug in CaDNAno14 zusätzliche einsträngige Frequenzweichen haben Gelenke lassen.</li>
	<li>Klicken Sie auf das Bleistift-Werkzeug und verbinden Sie die Gelenke zu. Jeder Strahl hat sieben Gelenke.</li>
	<li>Gerüst Frequenzweichen um die einzelne Schleife die Gerüste zusammenführen, mithilfe der zuvor gemeldete Gerüst routing Algorithmus11zu generieren. Lassen Sie sich nicht die minimale bindende Domäne zwischen Gerüst und Grundnahrungsmittel Stränge werden weniger als 8 bp (Abbildung 3).</li>
	<li>Platzieren Sie die Gerüste, die nicht verwendet werden in der Baugruppe an den Scheitelpunkten auf gegenüberliegenden Seiten des Akkordeon Racks, gelegen, wie in Abbildung 3dargestellt.</li>
	<li>Klicken Sie auf das Werkzeug zu brechen. Brechen die Stränge wo Grundnahrungsmittel Stränge kreisförmige oder länger als 60 sind bp.</li>
	<li>Die DNA-Stränge Sperre zu entwerfen.<ol>
<li>Klicken Sie auf das Werkzeug zu brechen. Pause 8 bp ein Grundnahrungsmittel DNA-Region ein klebrigem Teil zu löschen 8 bp ein Grundnahrungsmittel DNA-Region. In der 6 x 6-Akkordeon-Rack gibt es 18 klebrigen Teile (Abbildung 1).</li>
		<li>Platzieren Sie Sequenzen, die umgekehrte sind an beiden Enden der Sperre Stränge komplementär zu den klebrigen Teile zu und verbinden sie durch eine Überbrückung Region, bestehend aus Poly T Stränge der gewünschten Länge (Abbildung 1 b).</li>
		<li>Für die Neukonfiguration hinzufügen 8 bp Brückenkopf Sequenzen am Ende des DNA sperrt für Strang Verschiebung. Die Brückenkopf-Sequenz verwendet, ist in Tabelle 2.</li>
		<li>Bereiten Sie Poly A Stränge, die komplementär zu der Überbrückung Region rückgängig zu machen sind.</li>
		<li>Design-Stränge, die komplementär zu der DNA-Schlösser für die Neukonfiguration Experiment rückgängig zu machen sind.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Klicken Sie auf die Sequenz-Werkzeug und klicken Sie auf Gerüst DNA. Wählen Sie das Gerüst als standard M13mp18. Klicken Sie auf das Export-Tool und speichern Sie die Sequenz im Csv-Format (Tabelle 1).</li>
</ol>(2) die Struktur mit dem OxDNA zu simulieren.
<ol><li>Downloaden Sie und installieren Sie der OxDNA16,17. Die neuesten Quellcode ist verfügbar auf https://sourceforge.net/projects/oxdna/files/.</li>
	<li>Stellen Sie Start Konfigurations-Dateien aus der CaDNAno-14 -Datei mit Python-Skript "cadnano_interface.py", die in der OxDNA16,-17 -Paket bereitgestellt wird. Die Nutzung ist wie folgt: 'Python cadnano_interface.py cadnano_file.json sq'. Jetzt werden die Topologie und Konfigurationsdatei generiert. Hinweis: Die topologiedatei enthält wie viele Stränge und Nukleotide sind in der Struktur und Informationen über Rückgrat-Backbone Verbindungen zwischen Nukleotiden. Die Konfigurationsdatei enthält allgemeine Informationen wie Zeitschritt, Energie und Boxgröße. Orientierungsinformationen wie Position Vektor, Rückgrat-Base Vektor, Normalenvektor, Velocity und Winkelgeschwindigkeit der Nukleotide ist auch enthalten (Abbildung 4).</li>
	<li>Ändern Sie die Informationen in der Topologie und Konfiguration-Datei vom CaDNAno14 zu machen, die echte strukturelle Informationen des Akkordeon Racks zu reflektieren. Alle Balken sind parallel angeordnet, wenn die Topologie und Konfiguration-Dateien von CaDNAno14 visualisiert werden. Allerdings ist das Akkordeon Rack eine Gitterstruktur, so dass der Abstand zwischen verklebten Nukleotide sind weit für Simulation (Abbildung 5).<ol>
<li>Drehen Sie und verschieben Sie jeder Strahl auf die gewünschte Gitterstruktur. Die neun Spalten auf der linken Seite in der Konfigurationsdatei sind der Position Vektor, Rückgrat-Base Vektor und Normalenvektor (Abbildung 4). Um einen Lichtstrahl zu drehen, drehen Sie alle Stellung, Rückgrat-Base und normalen Vektoren mit rotatorischen Transformation. Dann bewegen Sie einen Strahl durch Veränderung des Position Vektors um es zu finden, wie in Abbildung 5dargestellt.</li>
		<li>Entspannen Sie die Struktur mit dem Skript in das OxDNA-Paket zur Verfügung gestellt (siehe Beispiel in $oxDNA/Beispiele/RELAX_INITIAL_CONFIGURATION für weitere Informationen).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Molekulardynamik-Simulation für 10 Millionen Schritte mithilfe der entspannten Konfigurationsdatei ausgeführt. Die Nutzung ist wie folgt: '. / OxDNA < Eingabe >' speichern Daten alle 5000 oder 10000 Schritte.</li>
	<li>Visualisierung Hinweis: Die Strukturen wurden mit Cogli visualisiert.<ol>
<li>Downloaden Sie und installieren Sie die neueste Version von Cogli (https://sourceforge.net/projects/cogli1/).</li>
		<li>Führen Sie die Cogli mit der Topologie und Konfiguration Dateien aus der OxDNA-Simulation. Die Nutzung ist wie folgt: '. / cogli1 -t < topologiedatei >< Konfigurations-Datei > ".</li>
		<li>Verstecken Sie die Box mit der Taste b.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(3) Synthese der Struktur
Hinweis: Die Synthese-Methode wird von der vorherigen Protokoll15,18angepasst.
<ol><li>Erwerben Sie die gestalteten DNA-Klammern bei einem Oligonukleotid-Anbieter.</li>
	<li>Passen Sie die Konzentration von diesen DNA-Klammern zu 100 μM mit Nuklease-freies Wasser.<ol>
<li>Bündeln Sie jeder DNA-Strang, die eine "free State" Struktur in eine Röhre bildet und passen Sie die Konzentration auf 2 μM für jeden Strang.</li>
		<li>Pool DNS Sperre Stränge durch Länge und Anzahl der Sperre Orte in Röhren und passen Sie die Konzentration auf 2 μM für jeden Strang. 18, 9 und 4 Sperre Websites dienen. Fügen Sie Poly-A-Stränge, die zu überbrückenden Region bei der gleichen Konzentration sind.</li>
		<li>Pool-Stränge, die komplementär zu der DNA umzukehren sind Sperren Stränge durch Länge in Röhren und passen Sie die Konzentration auf 2 μM für jeden Strang.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bereiten Sie MgCl2 Lösung von 300 nM durch Mischen von 70 μL der Nuklease-freies Wasser und 30 μl 1 μM MgCl2 Lösung. Bereiten Sie eine 5 x Tris-EDTA-Lösung durch Mischen von 95 μL der Nuklease-freies Wasser und 5 μL der 100 X-Tris-EDTA-Lösung.</li>
	<li>Fügen Sie 2 μL Heftklammer DNA, 1,1 μl MgCl2 Lösung, 2 μl Tris-EDTA-Lösung, 7,6 μl der Nuklease-freies Wasser und 7,3 μL Gerüst DNA von denen die Konzentration beträgt 110 nM 20 μL des gemischten Materials zu machen. Setzen Sie die Endkonzentration des Gerüstes DNA auf 40 nM, Heften DNA zu 200 nM, MgCl2 bis 16 mM und Tris-EDTA-Lösung 0,5 X.</li>
	<li>Erhitzen Sie schnell gemischte Vorratslösung in einem Thermocycler bis 80 ° C und kühlen bis 60 ° C mit einer Rate von 4 min pro ° C und kühlen von 60 ° C bis 4 ° C mit einer Rate von 40 min pro ° C.</li>
</ol>4. Reinigung der Struktur
Hinweis: Die Proben aller Strukturen wurden vor der Analyse gereinigt. In diesem Abschnitt beschreiben wir das Protokoll der PEG Reinigung, vom früheren Literatur19angepasst ist. Die Probe kann auch durch Gelelektrophorese gereinigt werden, wie im vorherigen Literatur15,18beschrieben.
<ol><li>5 M NaCl und 100 X Tris-EDTA vorzubereiten.</li>
	<li>Bereiten Sie Niederschlag-Puffer durch das Mischen von 150 μL der PEG 8000, 500 μL 100 x Tris-EDTA und 101 μL 5 M NaCl und 249 μL der Nuklease-freies Wasser.</li>
	<li>Bereiten Sie Ziel-Puffer durch das Mischen von 5,5 μl 300 nM MgCl2 Lösung von Abschnitt 3.3, 10 μl 5 X Tris-EDTA-Lösung von Abschnitt 3.3 und 84,5 μL der Nuklease-freies Wasser.</li>
	<li>Mix 20 μL der synthetisierten Struktur aus Abschnitt 3 und 20 μL des Niederschlag-Puffer von Abschnitt 4.2. Dann drehen Sie den gemischten bestand bei 16000 X g bei 4 ° c Entfernen des Überstands und Pellet in den Zielpuffer aus Abschnitt 4.3 auflösen.</li>
</ol>(5) Neukonfiguration des Akkordeon Racks von einem "freien Staat" zu "Gesperrten Zustand"
<ol><li>Die Struktur ohne DNA-Schlösser für die Konfiguration-Experiment zu synthetisieren.</li>
	<li>Bereiten Sie DNS-Sperre Stränge aus Abschnitt 3.</li>
	<li>Fügen Sie 2 μL der DNA-Stränge der Sperre der gewünschten Länge in 20 μL der synthetisierten Struktur. Die DNA-Sperre Stränge Konzentration ist fünfmal höher als die Struktur.</li>
	<li>Inkubation der Probe für 0, 10, 25, 50 oder 100 Minuten zu sehen, wie schnell Neukonfiguration auftritt.<ol>
<li>Für die Inkubation von 100 Minuten 30 Minuten Probe bei 50 ° C inkubieren und bis zu 25 ° C mit einer Rate von 0,33 ° C/min langsam abkühlen.</li>
		<li>Für die 50-minütige Inkubation Inkubation der Probe bei 50 ° C für 15 Minuten und bis zu 25 ° C mit einer Rate von 0,66 ° C/min langsam abkühlen.</li>
		<li>Für die 25 minütige Inkubation 7,5 Minuten Probe bei 50 ° C inkubieren und bis zu 25 ° C mit einer Rate von 1,32 ° C/min langsam abkühlen.</li>
		<li>Für die 10 Minuten Inkubation 3 Minuten Probe bei 50 ° C inkubieren und bis zu 25 ° C mit einer Rate von 3,3 ° C/min langsam abkühlen.</li>
		<li>Für die 0-minütige Inkubation speichern Sie Muster 4 ° C rechts nachdem Schleusen DNA-Stränge hinzugefügt werden.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Direkt nach dem anbringen Schritt rasch Abkühlen der Probe auf 4 ° C zu verhindern, dass unerwünschte Denaturierung.</li>
</ol>6. Umgestaltung des Akkordeon Racks aus "Gesperrten Zustand" zu einem "freien Staat"
<ol><li>Die Struktur mit DNA-Schlössern der gewünschten Länge für die Konfiguration-Experiment zu synthetisieren.</li>
	<li>Umgekehrte komplementäre Stränge aus Abschnitt 3 vorbereiten.</li>
	<li>Fügen Sie 2 μL der Stränge, die komplementär zu der Sperre Stränge der gewünschten Länge in 20 μL der synthetisierten Struktur rückgängig zu machen sind. Die DNA-Sperre Stränge Konzentration ist fünfmal höher als die Struktur.</li>
	<li>Inkubation der Probe für 0, 12, 60, 120, 240 Minuten zu sehen, wie schnell Neukonfiguration auftritt.<ol>
<li>Für die 12, 60, 120, 240 Minuten Inkubation, rasch die Probe auf 40 ° C erhitzen und langsam abkühlen auf 20 ° C für die Zeit, die für jede. Direkt nach dem Trennen Schritt rasch Abkühlen der Probe auf 4 ° C zu verhindern, dass unerwünschte Denaturierung.</li>
		<li>Für die 0-minütige Inkubation speichern Sie Muster 4 ° C rechts nach rückwärts komplementäre Stränge hinzugefügt werden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>(7) TEM Imaging
Hinweis: TEM-imaging-Protokoll wurde von früheren Literatur18,20angepasst.
<ol><li>Bereiten Sie 1,25 M NaOH-Lösung durch Mischen von 87,5 μL der Nuklease-freies Wasser und 12,5 μl 10 M NaOH Lösung vor.</li>
	<li>50 μL der 2 %-Uranyl-Formiat-Lösung 1 μl 1,25 M NaOH-Lösung hinzufügen.</li>
	<li>Vortex: die Lösung für 3 Minuten und Zentrifuge bei max. Drehzahl für 3 Minuten. Kaution 3 μL der gereinigten Probe in der Glut entladen TEM Startaufstellung für 3 Minuten und schnell auswaschen mit Filterpapier.</li>
	<li>7 μL bereit Uranyl Formiat Lösung für 30 Sekunden zu hinterlegen und schnell auswaschen mit Filterpapier.</li>
	<li>Messen Sie die Länge und den Winkel der Akkordeon-Struktur durch TEM abgebildet.</li>
</ol>(8) Bund-Analyse
<ol><li>Verwenden Sie Atto 550 und Atto 647N Farbstoff, wofür die Förster-Entfernung 6,5 beträgt nm. Ersetzen Sie Grundnahrungsmittel 58 und Grundnahrungsmittel 117 in Tabelle 1 mit Gewebekulturen gekennzeichneten Adern. Dann synthetisieren Sie die Struktur mit Gewebekulturen gekennzeichneten Adern durch die in Abschnitt 3 beschriebenen Methode.</li>
	<li>Die Konzentration der gereinigten Probe zu messen.</li>
	<li>Normalisieren Sie die Probe 10 nM und Last 50 μL, 384 Mikroplatten gut.</li>
	<li>Begeistern Sie die Probe mit Donor und Akzeptor Farbstoffe bei 550 nm und messen die Fluoreszenz-Spektrum von 570 nm bis 800 nm mit einem Fluorometer.</li>
	<li>Die Fluoreszenz-Spektrum der Spender nur Probe auf die gleiche Weise zu messen.</li>
	<li>Begeistern die Farbstoffe der Probe bei 650 nm und die Fluoreszenz-Spektrum und Messen von 670 nm bis 800 nm. Dies ist zur Messung der Konzentration der Akzeptor.</li>
	<li>Erhalten Sie die Standardabweichungen durch Wiederholung des gleichen Experiments mit drei Proben, die synthetisiert werden und separat gereinigt.</li>
	<li>Berechnung der FRET-Effizienz mit dem Verhältnis eine Methode wie beschrieben durch die Gleichung unten21. <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/58364/58364eq1.jpg"> DA550: Akzeptor-Peak-Fluoreszenz-Intensität der Probe mit Donor und Akzeptor bei 550 nm Anregung. D-550: Fluoreszenz-Intensität an den Akzeptor Emissionsbereich der Spender nur Probe bei 550 nm Anregung. DA650: Akzeptor-Peak-Fluoreszenz-Intensität der Probe mit Donor und Akzeptor bei 650 nm Anregung.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Andersen, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembly+of+a+nanoscale+DNA+box+with+a+controllable+lid.">Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid.</a> Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).</li><li>Cha, T. -. G., 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=Design+principles+of+DNA+enzyme+based+walkers:+Translocation+kinetics+and+photo-regulation.">Design principles of DNA enzyme based walkers: Translocation kinetics and photo-regulation.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9429-9437 (2015).</li><li>Gerling, T., Wagenbauer, K. F., Neuner, A. M., 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=Dynamic+DNA+devices+and+assemblies+formed+by+shape-complementary,+non-base+pairing+3D+components.">Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non-base pairing 3D components.</a> Science. 347 (6229), 1446-1452 (2015).</li><li>Pinheiro, A. V., Han, D., Shih, W. M., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+and+opportunities+for+structural+DNA+nanotechnology.">Challenges and opportunities for structural DNA nanotechnology.</a> Nature nanotechnology. 6 (12), 763-772 (2011).</li><li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+speed+limit+of+toehold+exchange+with+a+cartwheeling+DNA+acrobat.">Exploring the speed limit of toehold exchange with a cartwheeling DNA acrobat.</a> Nature Nanotechnology. 1, (2018).</li><li>Krishnan, Y., Simmel, F. 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+based+molecular+devices.">Nucleic acid based molecular devices.</a> Angewandte Chemie International Edition. 50 (14), 3124-3156 (2011).</li><li>Liu, 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=A+DNA+tweezer-actuated+enzyme+nanoreactor.">A DNA tweezer-actuated enzyme nanoreactor.</a> Nature communications. 4, 2127 (2013).</li><li>Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. 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+logic-gated+nanorobot+for+targeted+transport+of+molecular+payloads.">A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads.</a> Science. 335 (6070), 831-834 (2012).</li><li>Kuzyk, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconfigurable+3D+plasmonic+metamolecules.">Reconfigurable 3D plasmonic metamolecules.</a> Nature Materials. 13 (9), 862-866 (2014).</li><li>Zhou, C., Duan, X., Liu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+plasmonic+nanorod+that+walks+on+DNA+origami.">A plasmonic nanorod that walks on DNA origami.</a> Nature communications. 6, 8102 (2015).</li><li>Choi, Y., Choi, H., Lee, A. C., Lee, H., Kwon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Reconfigurable+DNA+Accordion+Rack.">A Reconfigurable DNA Accordion Rack.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (11), 2811-2815 (2018).</li><li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+Mechanical+Properties+of+DNA+Origami+Tiles+and+Controlling+the+Kinetics+of+their+Folding+and+Unfolding+Reconfiguration.">Understanding the Mechanical Properties of DNA Origami Tiles and Controlling the Kinetics of their Folding and Unfolding Reconfiguration.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6995-7005 (2014).</li><li>Han, D., Pal, S., Liu, Y., Yan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+and+cutting+DNA+into+reconfigurable+topological+nanostructures.">Folding and cutting DNA into reconfigurable topological nanostructures.</a> Nature Nanotechnology. 5 (10), 712-717 (2010).</li><li>Douglas, S. 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+prototyping+of+3D+DNA-origami+shapes+with+caDNAno.">Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno.</a> Nucleic Acids Research. 37 (15), 5001-5006 (2009).</li><li>Castro, C. E., 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=A+primer+to+scaffolded+DNA+origami.">A primer to scaffolded DNA origami.</a> Nature methods. 8 (3), 221-229 (2011).</li><li>Ouldridge, T. E., Louis, A. A., Doye, J. P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+Nanotweezers+Studied+with+a+Coarse-Grained+Model+of+DNA.">DNA Nanotweezers Studied with a Coarse-Grained Model of DNA.</a> Physical Review Letters. 104 (17), 178101 (2010).</li><li>Snodin, B. E. K., 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=Direct+Simulation+of+the+Self-Assembly+of+a+Small+DNA+Origami.">Direct Simulation of the Self-Assembly of a Small DNA Origami.</a> ACS Nano. 10 (2), 1724-1737 (2016).</li><li>Amir, Y., Abu-Horowitz, A., Bachelet, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+and+Characterization+of+a+Bio-responsive+Robot+from+DNA+Origami.">Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami.</a> Journal of Visualized Experiments. (106), e51272 (2015).</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>Wei, B., Vhudzijena, M. K., Robaszewski, J., 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=Self-assembly+of+Complex+Two-dimensional+Shapes+from+Single-stranded+DNA+Tiles.">Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles.</a> Journal of Visualized Experiments. (99), e52486 (2015).</li><li>Clegg, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+resonance+energy+transfer+and+nucleic+acids.">Fluorescence resonance energy transfer and nucleic acids.</a> Methods in enzymology. 211, 353-388 (1992).</li><li>Kopperger, E., 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=A+self-assembled+nanoscale+robotic+arm+controlled+by+electric+fields.">A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields.</a> Science. 359 (6373), 296-301 (2018).</li><li>Lauback, 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=Real-time+magnetic+actuation+of+DNA+nanodevices+via+modular+integration+with+stiff+micro-levers.">Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers.</a> Nature Communications. 9 (1), 1446 (2018).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben

Dieses Protokoll stellt den gesamten Prozess aus Konstruktion, Simulation, Synthese und Analyse von der 2D DNA Akkordeon Grundregal. Das geänderte Design und Simulation Regeln sind beschrieben worden weil standard DNA Origami Design Rule anders, dass die DNA-Akkordeon-Rack zusätzliche Nukleotide an die Frequenzweichen für Flexibilität14,15hat. Aus diesem Grund erwarten wir, dass das Protokoll verschiedene Forschungen mit DNA-Akkordeon Regale beschleunigen kann. Das beschriebene Protokoll kann darüber hinaus auch auf andere Untersuchungen mit DNA Nanostructure anstatt standard DNA Origami angewendet werden.
Strukturen als die 2D Grundstruktur in der ursprünglichen Forschungsarbeit nachgewiesen kann das Design mit Änderungen des Protokolls beschrieben erfolgen. In Kürze soll eine Boxen-Handschuh-Feder-Struktur durch Ändern der Strahlenzahl und Länge aus dem Basismodell. 3D Nanotubular Strukturen können auch durch die Verbindung von beiden Ends einer 2D Akkordeon Rack-Struktur erstellt werden. Jedoch für die Simulation der 3D-Strukturen, die ursprüngliche Position der Balken im 3D-Raum betrachtet werden und der ursprüngliche Zustand der Balken soll gebogen werden. Daher ist mehr rechnerische Umwandlung erforderlich. Entwurf und Simulation von verschiedenen 2D und 3D DNA Akkordeon Rack, die Strukturen durchgeführt werden soll, durch die Entwicklung der CAD-Programm in Zukunft erforschen.
Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit der Betätigung sind ebenfalls wichtige Faktoren im Bereich der dynamischen DNA-Nanotechnologie. Vor kurzem dynamische DNA-Strukturen, die auf externe elektrische oder magnetische Feld vorgeschlagen und mit hoher Geschwindigkeit22,23betrieben. Während die DNA Akkordeon Rack kollektiven Betätigung mehrere DNA-Balken aktiviert hat, war die Rekonfiguration Geschwindigkeit nicht wesentlich verbessert, da Betätigung auf DNA-Strang Hubraum basiert. Für weitere Anwendungen sollte als Reaktion auf äußere Reize durch DNA-Sperre Designoptimierung oder über eine andere äußere Reize verbessert werden.
Als eine Anwendung-Studie für die rekonfigurierbare Akkordeon Struktur, verschiedene Funktionsmaterialien wie Wirkstoffmoleküle, können Nanopartikel oder Proteine an der Struktur befestigt werden. Hierzu können die Moleküle an die Heftklammer angeschlossen werden, die an der vorgesehenen Position vorhanden ist. Alles in allem kann eine Vielzahl von Anwendungsstudien durch dieses Protokoll und seine Modifikationen durchgeführt werden.

Mechanische Systeme auf Basis von DNA Nanostrukturen oder DNA Nanomaschinen1,2,3,4,5 sind einzigartig, weil sie komplexe nanoskaligen Bewegung in 2D und 3D in den Nanometer zu produzieren Ångström Auflösung, nach verschiedenen biomolekularen Reize2,3,6. Durch Anbringen von funktionalen Materialien auf diese Strukturen und ihre Positionen zu kontrollieren, können diese Strukturen in verschiedenen Bereichen angewendet werden. Zum Beispiel wurden DNA-Nanomaschinen für eine molekulare Reaktor7, Drug-Delivery-8und Nanoplasmonic Systeme9,10vorgeschlagen.
Zuvor führten wir die rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack, die eine 2D oder 3D nanoskaligen Netzwerk Elemente11 (Abbildung 1A) manipulieren kann. Im Gegensatz zu anderen DNA-Nanomaschinen, die nur wenige Elemente steuern, kann die Plattform gemeinsam periodisch angeordneten 2D oder 3D Elemente in verschiedenen Stadien zu manipulieren. Wir erwarten, dass eine programmierbare chemische und biologische Reaktion-Netzwerk oder einem molekularen Computersystem aus unserem System gebaut werden kann durch die Erhöhung der Anzahl der steuerbaren Elemente. Das DNA-Akkordeon-Rack ist eine Struktur, in der das Netzwerk mehrere DNA-Balken mit Gelenken bestehend aus einzelsträngiger DNA (Abbildung 1 b) verbunden ist. Das Akkordeon Rack durch die DNA-Balken erzeugt wird durch die DNS-Sperren neu konfiguriert die hybridisieren auf den klebrigen Teil der Strahlen und ändern Sie den Winkel zwischen den Balken entsprechend der Länge der Brücke Teil der Schleusen (gesperrten Zustand). Darüber hinaus zeigt mehrstufigen Neukonfiguration durch das Hinzufügen von neuen Schleusen nach Bildung des Freistaates durch DNA-Sperren durch Brückenkopf-basierte Strang Verdrängung12,13abnehmen.
In diesem Protokoll beschreiben wir den Gesamtprozess für Design und die Synthese der rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack. Das Protokoll umfasst Konstruktion, Simulation, nass-Laborversuche und Analyse für die Synthese von DNA-Akkordeon Rack 6 mal 6 Maschen und eine Neukonfiguration von diesen. Die Struktur des Protokolls ist das Basismodell der bisherigen Forschung11 und 65 nm von 65 nm Größe, bestehend aus 14 Strahlen. In Bezug auf die Konstruktion und Simulation unterscheidet sich der konstruktive Aufbau des Akkordeon Racks von konventionellen DNA Origami14,15 (d. h. dicht gepackt). Daher wurden die Gestaltungsregel und molekulare Simulation von traditionellen Methoden modifiziert. Um zu demonstrieren, zeigen wir die Designtechnik mit der modifizierten Ansatz von CaDNAno14 und die Simulation des Akkordeon Racks mit zusätzliche Skripte OxDNA16,17 . Schließlich sind beide Protokolle der TEM und Bund für die Analyse der konfigurierten Akkordeon Rack Strukturen beschrieben.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>M13mp18 Single-stranded DNA</td>
			<td>NEB</td>
			<td>N4040s</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1M MgCl2 Solution</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td>M2001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-EDTA buffer</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td>T2142</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclease-Free Water</td>
			<td>Qiagen</td>
			<td>129114</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5M Sodium Chloride solution</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td>s2007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG 8000</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>1546605</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10N NaOH</td>
			<td>Biosesang</td>
			<td>S2038</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uranyl formate</td>
			<td>Thomas Science</td>
			<td>C993L42</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal cycler C1000</td>
			<td>Biorad</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanodropic 2000</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM (LIBRA 120)&#160;&#160;</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorometer Enspire 2300</td>
			<td>Perkin-Elmer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Labogene</td>
			<td>LZ-1580</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and synthesis of a reconfigurable dna accordion rack

DNA-Nanostruktur-basierte mechanische Systeme oder DNA Nanomaschinen, die komplexe nanoskaligen Bewegung in 2D und 3D in den Nanometer Ångström Auflösung zu produzieren, zeigen großes Potenzial in verschiedenen Bereichen der Nanotechnologie wie die molekulare Reaktoren, Drug-Delivery, und Nanoplasmonic Systeme. Rekonfigurierbare DNA Akkordeon Rack, die gemeinsam eine 2D oder 3D nanoskaligen Netzwerk Elemente, in mehreren Stufen in Reaktion auf die DNA-Eingaben ändern können, wird beschrieben. Die Plattform hat Potenzial, die Anzahl der Elemente zu erhöhen, die DNA Nanomaschinen maßstabsgetreu ein Netzwerk mit mehreren Stufen der Neukonfiguration von ein paar Elemente kontrollieren kann.
In diesem Protokoll beschreiben wir den gesamten experimentellen Prozess der rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack 6 mal 6 Maschen. Das Protokoll enthält ein Berechnungsvorgang Regel und Simulation der Strukturen und eine nass-Laborversuch für Synthese und Neukonfiguration. Darüber hinaus ist die Analyse der Struktur mit TEM (Transmissions-Elektronenmikroskopie) und FRET (Fluoreszenz Resonanz Energietransfer) im Protokoll enthalten. Die neuartige Konstruktion und Simulation Methoden fallen in diesem Protokoll unterstützen Forscher, die DNA-Akkordeon-Rack für weitere Anwendungen zu verwenden.

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Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

Wir beschreiben das ausführliche Protokoll für Konstruktion, Simulation, nass-Laborversuche und Analyse für eine rekonfigurierbare DNA Akkordeon Rack 6 mal 6 Maschen.

Design und Synthese eines rekonfigurierbaren DNA-Akkordeon-Racks

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...

design-and-synthesis-of-a-reconfigurable-dna-accordion-rack

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

7.0K Aufrufe.  Seoul National University. Wir beschreiben das ausführliche Protokoll für Konstruktion, Simulation, nass-Laborversuche und Analyse für eine rekonfigurierbare DNA Akkordeon Rack 6 mal 6 Maschen.

Serie: Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest in using nano-colloids for photo-thermal ablation, drug delivery and many other biomedical applications 6. Gold is particularly used because of its low toxicity 7-9. A property of metal nano-colloids is that they can have a strong surface plasmon resonance 10. The peak of the surface plasmon resonance mode depends on the structure and composition of the metal nano-colloids. Since the surface plasmon resonance mode is stimulated with light there is a need to have the peak absorbance in the near infrared where biological tissue transmissivity is maximal 11, 12.
We present a method to synthesize star shaped colloidal gold, also known as star shaped nanoparticles 13-15 or nanostars 16. This method is based on a solution containing silver seeds that are used as the nucleating agent for anisotropic growth of gold colloids 17-22. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of the resulting gold colloid showed that 70 % of the nanostructures were nanostars. The other 30 % of the particles were amorphous clusters of decahedra and rhomboids. The absorbance peak of the nanostars was detected to be in the near infrared (840 nm). Thus, our method produces gold nanostars suitable for biomedical applications, particularly for photo-thermal ablation.

We synthesized star shaped gold nanostars using a silver seed mediated growth method. The diameter of the nanostars ranges from 200 to 300 nm and the number of tips vary from 7 to 10. The nanoparticles have a broad surface plasmon resonance mode centered in the near infrared.

Gold Nanostar Synthesis mit einem Silver Seed vermitteltes Wachstum Methode

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

Forschung

Biotechnik

Design of a Biaxial Mechanical Loading Bioreactor for Tissue Engineering

We designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for transplantation. While the device primarily functions as a bioreactor that mimics the native mechanical strains, it is also outfitted with a load cell for providing force feedback or mechanical testing of the constructs. The device subjects engineered cartilage constructs to biaxial mechanical loading with great precision of loading dose (amplitude and frequency) and is compact enough to fit inside a standard tissue culture incubator. It loads samples directly in a tissue culture plate, and multiple plate sizes are compatible with the system. The device has been designed using components manufactured for precision-guided laser applications. Bi-axial loading is accomplished by two orthogonal stages. The stages have a 50 mm travel range and are driven independently by stepper motor actuators, controlled by a closed-loop stepper motor driver that features micro-stepping capabilities, enabling step sizes of less than 50 nm. A polysulfone loading platen is coupled to the bi-axial moving platform. Movements of the stages are controlled by Thor-labs Advanced Positioning Technology (APT) software. The stepper motor driver is used with the software to adjust load parameters of frequency and amplitude of both shear and compression independently and simultaneously. Positional feedback is provided by linear optical encoders that have a bidirectional repeatability of 0.1 &mu;m and a resolution of 20 nm, translating to a positional accuracy of less than 3 &mu;m over the full 50 mm of travel. These encoders provide the necessary position feedback to the drive electronics to ensure true nanopositioning capabilities. In order to provide the force feedback to detect contact and evaluate loading responses, a precision miniature load cell is positioned between the loading platen and the moving platform. The load cell has high accuracies of 0.15% to 0.25% full scale.

We designed a novel mechanical loading bioreactor that can apply uniaxial or biaxial mechanical strain to a cartilage biocomposite prior to transplantation into an articular cartilage defect.

Entwurf eines Biaxiale Mechanische Belastung Bioreaktor für Tissue Engineering

We  designed a loading device that is capable of applying uniaxial or biaxial  mechanical strain to a tissue engineered biocomposites fabricated for  ...

Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the first, synthesis of ultra-small copper nanoclusters is described. The second example provides their utility for investigating time resolved kinetics of chemical reactions by analyzing gold nanoparticle formation using in situ X-ray absorption spectroscopy. The final example demonstrates continuous flow catalysis of reactions inside millifluidic channel coated with nanostructured catalyst.

Millifluidic devices are utilized for controlled synthesis of nanomaterials, time-resolved analysis of reaction mechanisms and continuous flow catalysis.

Millifluidics für Chemische Synthese und Zeitaufgelöste mechanistische Studien

Procedures utilizing millifluidic devices for chemical synthesis and time-resolved mechanistic studies are described by taking three examples. In the ...

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of this hydrogel are two protein block-copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. A highly hydrophilic random coil is inserted into one of the block-copolymers for water retention. Mixing of the two protein block copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit with crosslinkers at either end that rapidly self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is very stable under both acidic and basic conditions, at temperatures up to 50 &#176;C, and in organic solvents. The hydrogel rapidly reforms after shear-induced rupture. Incorporation of a &#34;docking station peptide&#34; into the hydrogel building block enables convenient incorporation of &#34;docking protein&#34;-tagged target proteins. The hydrogel is compatible with tissue culture growth media, supports the diffusion of 20 kDa molecules, and enables the immobilization of bioactive globular proteins. The application of the intein-mediated protein hydrogel as an organic-solvent-compatible biocatalyst was demonstrated by encapsulating the horseradish peroxidase enzyme and corroborating its activity.

We present the synthesis of a split-intein-mediated protein hydrogel. The building blocks of this hydrogel are two protein copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. Mixing of the two protein copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit that self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is highly pH- and temperature-stable, compatible with organic solvents, and easily incorporates functional globular proteins.

Synthese einer Intein-vermittelten Protein-Hydrogel Künstliche

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

Synthese von Keratin-basierten Nanofaser für Biomedizinische Technik

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

Automatisierte Roboter Liquid Handling Versammlung Modular DNA-Geräte

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Reconfigurable Microfluidic Channel with Pin-discretized Sidewalls

Microfluidic components need to have various shapes to realize different key microfluidic functions such as mixing, separation, particle trapping, or reactions. A microfluidic channel that deforms even after fabrication while retaining the channel shape enables high spatiotemporal reconfigurability. This reconfigurability is required in such key microfluidic functions that are difficult to achieve in existing "reconfigurable" or "integrated" microfluidic systems. We describe a method for the fabrication of a microfluidic channel with a deformable sidewall consisting of a laterally aligned array of the ends of rectangular pins. Actuating the pins in their longitudinal directions changes the pins' end positions, and thus, the shape of discretized channel sidewalls.Pin gaps can cause unwanted leakage or adhesion to adjacent pins caused by meniscus forces. To close the pin gaps, we have introduced hydrocarbon-fluoropolymer suspension-based gap filler accompanied by an elastomeric barrier. This reconfigurable microfluidic device can generate strong temporal in-channel displacement flow, or can stop the flow in any region of the channel. This feature will facilitate, on demand, the handling of cells, viscous liquids, gas bubbles, and non-fluids, even if their existence or behavior is unknown at the time of fabrication.

A microfluidic channel with deformable sidewalls offers flow control, particle handling, channel dimension customization and other reconfigurations while in use. We describe a method for fabricating a microfluidic channel with sidewalls made of an array of pins that allows their shape to change.

Rekonfigurierbare mikrofluidischen Kanal mit Pin-diskretisierten Seitenwangen

Microfluidic components need to have various shapes to realize different key microfluidic functions such as mixing, separation, particle trapping, or ...

In Vesiculo Synthesis of Peptide Membrane Precursors for Autonomous Vesicle Growth

Compartmentalization of biochemical reactions is a central aspect of synthetic cells. For this purpose, peptide-based reaction compartments serve as an attractive alternative to liposomes or fatty acid-based vesicles. Externally or within the vesicles, peptides can be easily expressed and simplify the synthesis of membrane precursors. Provided here is a protocol for the creation of vesicles with diameters of ~200 nm based on the amphiphilic elastin-like polypeptides (ELP) utilizing dehydration-rehydration from glass beads. Also presented are protocols for bacterial ELP expression and purification via inverse temperature cycling, as well as their covalent functionalization with fluorescent dyes. Furthermore, this report describes a protocol to enable the transcription of RNA aptamer dBroccoli inside ELP vesicles as a less complex example for a biochemical reaction. Finally, a protocol is provided, which allows in vesiculo expression of fluorescent proteins and the membrane peptide, whereas synthesis of the latter results in vesicle growth.

Presented here are protocols for the creation of peptide-based small unilamellar vesicles capable of growth. To facilitate in vesiculo production of the membrane peptide, these vesicles are equipped with a transcription-translation system and the peptide-encoding plasmid.

In Vesiculo Synthese von Peptid Membran Vorläufer für autonomeve Vesikelwachstum

Compartmentalization of biochemical reactions is a central aspect of synthetic cells. For this purpose, peptide-based reaction compartments serve as an ...

Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling costs. This increasing popularity is partly driven by falling barriers to entry such as system set-up costs and ease of operation. The following protocol presents the design and construction of an Additive Manufacturing Melt Extrusion (ADDME) 3D printer for the fabrication of custom parts and components. ADDME has been designed with a combination of 3D-printed, laser-cut, and online-sourced components. The protocol is arranged into easy-to-follow sections, with detailed diagrams and parts lists under the headings of framing, y-axis and bed, x-axis, extrusion, electronics, and software. The performance of ADDME is evaluated through extrusion testing and 3D printing of complex objects using viscous cream, chocolate, and Pluronic F-127 (a model for bioinks). The results indicate that ADDME is a capable platform for the fabrication of materials and constructs for use in a wide range of industries. The combination of detailed diagrams and video content facilitates access to low-cost, easy-to-operate equipment for individuals interested in 3D printing of complex objects from a wide range of materials.

The aim of this work is to design and construct a reservoir-based melt extrusion three-dimensional printer made from open-source and low-cost components for applications in the biomedical and food printing industries.

Design eines 3D-Druckers für Open-Source- und Low-Cost-Bioink und Lebensmittelschmelzextrusion

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling ...

Design of a Biocompatible Drug-Eluting Tracheal Stent in Mice with Laryngotracheal Stenosis

Laryngotracheal stenosis (LTS) is a pathologic narrowing of the subglottis and trachea leading to extrathoracic obstruction and significant shortness of breath. LTS results from mucosal injury from a foreign body in the trachea, leading to tissue damage and a local inflammatory response that goes awry, leading to the deposition of pathologic scar tissue. Treatment for LTS is surgical due to the lack of effective medical therapies. The purpose of this method is to construct a biocompatible stent that can be miniaturized to place into mice with LTS. We demonstrated that a PLLA-PCL (70% poly-L-lactide and 30% polycaprolactone) construct had optimal biomechanical strength, was biocompatible, practicable for an in vivo placement stent, and capable of eluting drug. This method provides a drug delivery system for testing various immunomodulatory agents to locally inhibit inflammation and reduce airway fibrosis. Manufacturing the stents takes 28&#8722;30 h and can be reproduced easily, allowing for experiments with large cohorts. Here we incorporated the drug rapamycin within the stent to test its effectiveness in reducing fibrosis and collagen deposition. Results revealed that PLLA-PCL tents showed reliable rapamycin release, were mechanically stable in physiological conditions, and were biocompatible, inducing little inflammatory response in the trachea. Further, the rapamycin-eluting PLLA-PCL stents reduced scar formation in the trachea in vivo.

Laryngotracheal stenosis results from pathologic scar deposition that critically narrows the tracheal airway and lacks effective medical therapies. Using a PLLA-PCL (70% poly-L-lactide and 30% polycaprolactone) stent as a local drug delivery system, potential therapies aimed at decreasing scar proliferation in the trachea can be studied.

Design eines biokompatiblen trachealen Stents bei Mäusen mit Laryngotrachealstenose

Laryngotracheal stenosis (LTS) is a pathologic narrowing of the subglottis and trachea leading to extrathoracic obstruction and significant shortness of ...