Los autores desean agradecer a S. Douglas para las discusiones y consejos muy valiosos, y todos los miembros del laboratorio Bachelet útil para los debates y el trabajo. Este trabajo es apoyado por becas de la Facultad de Ciencias de la Vida y el Instituto de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad de Bar-Ilan.

1. Preparación de Grapas piscina Mezcla <ol><li> Solicitar liofilizado ADN grapas nanorobot en placas de 96 pocillos que se enumeran en la Tabla 1 (ver Materiales) y normalizar a 10 nmol. Para obtener una descripción detallada del diseño y la arquitectura del nanorobot de ADN ver Ben-Ishay et. Al 14 y Douglas et al. 15). </li><li> Reconstituir cada grapa bien con DNasa / ultrapura RNasa libre a una concentración de 100 mM. Para grapas normalizaron a 10 nmol, reconstituir con 100 l de agua ultrapura. </li><li> Piscina juntos 20 l de cada grapa utilizando una pipeta multicanal y 55 ml cuenca solución estéril. Nota: Dado que la forma nanorobot se compone de 254 capítulos básicos (incluyendo Core, Bordes, manijas y las secuencias de Guías, Tabla 1), la concentración de cada uno de los alimentos básicos en la piscina grapas es 394 nM. Extracción de grapas de la piscina de primera necesidad, o la adición de algunos en diferentes volumes, puede reducir considerablemente el rendimiento, o de otra manera dar lugar a agregados desplegadas. </li></ol> 2. Preparación de la Mezcla de Reacción Fabrication <ol><li> Para una mezcla de reacción estándar de utilizar 40 l de M13mp18 genoma viral circular sola cadena de ADN, correspondientes a 4 pmol de ADN andamio (solución 100 nM de valores, ver Materiales). La concentración final de andamio en la mezcla de fabricación es de 20 nm, un volumen final de 200 l. <ol><li> Ajuste la cantidad de ADN de andamio de acuerdo a las necesidades específicas; sin embargo, mantener la concentración final de ADN de andamio en la mezcla de reacción a una constante 20 nM. </li></ol></li><li> Añadir grapas para llegar a un andamio a la proporción de grapas de 1 a 10, respectivamente. Para una nM concentración de ADN andamio 20, cada uno de concentración final los 254 grapas &#39;es 200 nM. Para un volumen final de reacción l 200 añadir 102 l de la mezcla de alimentos básicos de la piscina (sección 1.2). <ol><li> Añadir secuencias específicas Gate separado a the mezcla de reacción de plegado en este momento. Estos oligonucleótidos se piden por separado y requieren purificación por HPLC. Asegúrese de que los oligos Gate están presentes en un uno y diez minutos andamio para Puerta relación de secuencia, es decir, 200 nM de cada oligo para una nM concentración andamio 20. Para un volumen de reacción de plegado 200 l, añadir 0,4 l para cada uno de los oligo de cuatro Gate en un stock de concentración 100 mM. </li></ol></li><li> Añadir 10x tampón TAE de stock para llegar a una concentración final de 1x TAE (40 mM Tris-Acetato, EDTA 1 mM). Para un volumen de reacción de plegado 200 l, añadir 20 l de 10x TAE. </li><li> Añadir 1 M de MgCl 2 a una concentración final de 10 mM. Para un volumen de reacción plegable 200 l, añadir 2 l de 1 M de MgCl2. </li><li> Añadir 36 l de DNasa / RNasa libre de agua ultrapura a un alcanzar un volumen final de 200 l. </li><li> Muestras Vortex y alícuota de 100 l en viales de PCR. Nota: Consulte la especificación termociclador con respecto a los volúmenes de reacción máximos que se utilizarán.Reducir el volumen para cumplir con estos límites no reducirá los rendimientos obtenidos. Los volúmenes de reacción por encima del máximo especificado pongan en peligro los rendimientos. </li></ol> 3. Temperatura de recocido Rampa de Reacción Fabrication <ol><li> Termociclador Programa como sigue: <ol><li> Rampa 85 ° C a 60 ° C a una velocidad de 5 min / ° C. </li><li> Rampa de 60 ° C a 4 ° C a una velocidad de 75 min / ° C. </li><li> Mantenga a 4 ° C indefinidamente. </li></ol></li><li> Después de la fabricación ha terminado almacenar las muestras a -20 ° C. </li></ol> 4. La eliminación de exceso de grapas <ol><li> Añadir 100 l de mezcla de reacción de plegado a un filtro de centrífuga de 0,5 ml con un MWCO de 100 kDa. Guardar una muestra de 10 l de nanorobots pre-purificación para su posterior análisis. </li><li> Centrifugar durante 10 min a 9600 x g. </li><li> Añadir 400 l de tampón de plegamiento (1X TAE, 10 mM de MgCl 2). </li><li> Repita los pasos 4,2 y 4,3 veces más. </li><li>Centrifugar durante 5 min a 9600 x g. </li><li> Recuperar el concentrado colocando el filtro al revés en un tubo de microcentrífuga limpio y centrifugado durante 1 min a 9600 x g. Volúmenes finales pueden variar dependiendo del volumen inicial de mezcla de reacción de fabricación que se puso en el filtro. Típicamente se obtiene un volumen final de 25-60 l de muestra nanorobot concentrado. </li><li> Medir la concentración de ADN en las muestras a través de espectrofotómetro a 260 nm. Utilice el peso molecular de 5,3 mg / pmol en el cálculo de las concentraciones molares de muestras nanorobot. Nota: El coeficiente de extinción molar para dsDNA, 50 g / OD 260, es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. 48 mg / OD 260 tiene en cuenta la timina poli ssDNA se extiende a las grapas bordes. </li></ol> 5. agarosa electroforesis en gel de Análisis de plegado Nanorobots <ol><li> Preparación de TBE 0,5x (45 mM Tris-borato, EDTA 1 mM), 2% en gel de agarosa suplementado con 10 mM de MgCl 2 </sub&gt; (adaptado de Ernesto Castro et al 21.): <ol><li> Preparar tampón TBE 0,5x diluyendo 6,25 ml de 10x TBE reserva de estabilización en 118,75 ml de ddH 2 O. </li><li> Disolver 2,5 g de agarosa en 125 ml de tampón TBE 0,5x. </li><li> Hervir en el microondas hasta que la agarosa se disuelva completamente. </li><li> Añadir 1,25 ml de 1 M de MgCl 2 a la concentración final de 10 mM. </li><li> Añadir 7 l de 10 mg / ml de bromuro de etidio. </li><li> Espere a que la solución a ligeramente fresco y llenar la bandeja de gel antes de que se solidifique el gel de agarosa. Instale peine deseado inmediatamente. </li><li> Preparar 1 L TBE 0,5x tampón mediante la adición de 50 ml de 10x tampón TBE Stock y 10 ml de 1 M de MgCl 2 a 940 ml de ddH 2 O. </li><li> Una vez gel es complemento sólido tampón al dispositivo de electroforesis y el dispositivo puesto en un baño de hielo. </li></ol></li><li> Cargar 1 g de ADN total de la nanorobots pre-depuración (paso 3.2), y la purificación posterior (paso 4.7), junto a un andamioMuestra de ADN y un marcador de ADN 1 kb, sobre el gel. Un ejemplo se da en la Figura 2. Volúmenes reales de muestras dependen de las concentraciones obtenidas después de la purificación. Cada muestras se carga con tampón de carga en una proporción de 1: volumen final 6. </li><li> Ajuste la fuente de poder de 80 V y ejecutar gel durante 3 horas. Ejecutar el gel en un baño lleno de hielo y agua. Nanorobots se desarrollarán y aparecer como una mancha si el gel de agarosa se calienta durante la electroforesis. Durante la electroforesis agregue hielo adicional para mantener el dispositivo de calefacción. </li><li> Ver gel sobre una mesa de UV (Figura 2). </li></ol> 6. tinción negativa de nanorobot con uranilo-formiato <ol><li> Preparación de solución madre-uranilo formiato 2% (adaptado de Castro et al 23.): <ol><li> Pesar 100 mg de polvo de formiato de uranilo en un tubo de 15 ml. </li><li> Hervir DNasa / RNasa agua ultrapura gratuita por 3 minutos para des-oxigenado. </li><li> Añadir 5 ml de agua caliente desoxigenada (~ 60 ° C)en el tubo de 15 ml que contiene el polvo de uranilo-formiato (del paso anterior). Cierre bien la tapa, envoltura en papel de aluminio y agitar rigurosamente durante 10 minutos (tubo sujetar a un vórtice). Solución debería aparecer turbia con un color amarillo. </li><li> Filtrar la solución a través de una jeringa de 0,2 micras fi ltro. Solución debe quedado claro. </li><li> Alícuota de 200 l de la solución en tubos de microcentrífuga. </li><li> Centrifugar a máxima velocidad durante 5 minutos en una centrífuga de mesa a las muestras de la piscina en la parte inferior del tubo. </li></ol></li><li> La carga de la muestra a la red y tinción negativa: <ol><li> Descongelar una alícuota de 200 l de solución de uranilo-formiato 2% (preparado en la sección 6.1). Añadir 10 l de solución 0,5 M de NaOH y agitar rigurosamente durante 3 min. Centrifugar a máxima velocidad durante 5 minutos usando una centrífuga de mesa. </li><li> Mientras tanto, la rejilla de descarga luminiscente usando aire de la habitación a 0,2 mbar y 25 mA durante 30 segundos. </li><li> Añadir 15 l de 2 nM muestra nanorobot después de la purificación (SECTIen 4.7) en parte superior de la rejilla (celebrada con pinzas) y dejar absorber durante 1 min. Utilice papel de filtro para drenar el exceso de líquido mediante la colocación de la rejilla en la parte superior del papel de filtro. No toque la superficie de la rejilla. </li><li> Añadir 10 l de la uranilo-formiato 2% (del paso 6.2.1) en la parte superior de la rejilla (celebrada con pinzas). </li><li> Utilizar rápidamente papel de filtro para drenar el exceso de líquido mediante la colocación de la rejilla en la parte superior del papel de filtro. No toque la superficie de la rejilla. </li><li> Repita los pasos 6.2.4 y 6.2.5. </li><li> Añadir 10 l de la uranilo-formiato 2% (del paso 6.2.1) en la parte superior de la rejilla (celebrada con pinzas). Deje solución de tinción absorber durante 30 s. </li><li> Utilice papel de filtro para drenar el exceso de líquido mediante la colocación de la rejilla en la parte superior del papel de filtro. No toque la superficie de la rejilla. </li><li> Deje que la parrilla se seque por completo durante al menos 30 min, boca arriba sobre un papel de filtro, antes de la inyección en el TEM. </li></ol></li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Hemos descrito la fabricación, la purificación, y la visualización del nanorobot ADN. Después de la fabricación del chasis hexagonal del dispositivo, la función de la nanorobot está programado con la simple introducción de la carga específica y hebras de detección para el robot que encontrar fácilmente su posición designada debido a la complementariedad de enlaces de hidrógeno con los sitios de conexión disponibles sola hebra 14 , 15,22. El protocolo de fabricación descrito utiliza una rampa de recocido lento, que se utiliza generalmente en nuestro laboratorio para plegar una amplia gama de formas de origami. Si el tiempo de producción se convierte en un factor clave para otros protocolos, como el protocolo de plegado rápido descrito por Sobczak et al. 24 se puede utilizar. Este protocolo se informó de lograr plegado origami con altos rendimientos, sin embargo, requiere de calibración para cada forma de origami. Girar la filtración se utiliza para purificar los robots de exceso de grapas. Al cargar los scolumna pin con muestras o tampón, se debe tener cuidado de no dañar la membrana con la punta de la pipeta. La membrana potencialmente puede romper lo que resulta en una disminución del rendimiento de forma espectacular. Se recomienda no desechar el flujo continuo hasta que los nanorobots se visualizan por la edad. Para ciertas aplicaciones se desea una velocidad de purificación superior; esto puede lograrse mediante la repetición de la filtración utilizando la columna de centrifugación inicial. Para aún mayor pureza, una nueva columna de centrifugación se puede utilizar, sin embargo, esto tendrá un efecto negativo dramático en las tasas de rendimiento. Otros métodos para la purificación de ADN estructuras origami fueron probados, tales como la escisión en gel de agarosa después de la electroforesis y diálisis de un exceso de grapas. Estos métodos dieron lugar a pobre rendimiento o las tasas de purificación pobres en comparación con el protocolo descrito. Otros métodos, tales como la purificación a base de PEG 25 y la velocidad de ultracentrifugación zonal-26 no fueron probados. Estos métodos son reportados a Achivíspera altas tasas de purificación, sin embargo, ya sea como resultado rendimientos pobres (ultracentrifugación tasa zonal) o requieren la precipitación (basado-PEG) que potencialmente pueden dañar la forma nanorobot hueco. Nanorobots se fabrican con grapas Guía que bloquean la forma en la posición cerrada con el fin de aumentar la yeilds fabricación 15. Es importante eliminar estas grapas mediante la adición de Guía de eliminación de grapas para nanorobots a efectivamente se abren en respuesta a los estímulos diseñados (PDGF en el protocolo descrito). Grapas Guía están diseñadas con un punto de apoyo sola región hebra para el atraque de Guía de grapas de mudanzas que liberan las grapas Guía a través de un proceso de desplazamiento de cadena 18 .Estos grapas deben añadirse a una proporción de 10: 1 molar al final de la purificación de exceso etapa grapas &#39;(paso 4.7) y se incubó durante 2 horas a temperatura ambiente en un extremo sobre extremo agitador. Visualización por TEM fue descrito, including de uranilo-formiato de tinción negativa 2%. En comparación con uranilo-acetato, formiato de uranilo-produce estructuras de grano más fino que permitan una mejor resolución de los diseños de origami de ADN. Se debe tener cuidado de uranilo-formiato como se solidificará si alícuotas se congelan durante largos períodos de tiempo. Es aconsejable usar una solución de uranilo-formiato de 2% recién preparada para la tinción. Mejores resoluciones son alcanzables con el uso de Cryo-TEM 27. El diseño y la fabricación protocolo básico arquitectónico de la nanorobot de ADN son en última instancia, uniforme y directa. Sin embargo, una amplia gama de flexibilidad se ofrece en forma de mezclas de carga específicas y las hebras de detección. Además, en una sola población muchos subtipos pueden ser introducidos y su estequiometría relativa programados y optimizados para adaptarse a necesidades específicas. Incluso mayor ajuste fino de la cinética específicos en cada paso limitante de la velocidad se puede lograr con el aumento / reducción de la longitud de cadena doble de hibridación o laintroducción de los desajustes en las posiciones clave específicas. Este alto grado de flexibilidad con la facilidad de construcción permite para la ingeniería de dispositivos a nanoescala capaces de realizar tareas complejas muy variadas en un medio biológico relevante.

Los usos de los ácidos nucleicos de la nanotecnología son asombrosos. La maleabilidad de la base de emparejamiento Watson-Crick, así como la facilidad y bajo costo relativo de la síntesis a gran escala de oligonucleótidos medida 2 ha generado una explosión de aplicaciones 3 y la investigación en el campo de la nanotecnología de ADN. Nanotecnología de ADN estructural, basado en el 4,5 unión Seeman inmóvil como un bloque de construcción fundamental hace uso de ADN como una unidad elemental auto-montaje para la construcción de formas arbitrarias 6-8. El reciente desarrollo de la DNA andamiaje origami 9 técnica permite la construcción de complejos 2D / 3D nano-arquitecturas de 10-12 con una precisión sub-nanométrica y es una vía eficaz para la construcción de nuevos objetos funcionales con el aumento de la complejidad y la diversidad asombrosa. El proceso de construcción se basa en un ADN monocatenario largo andamio, por lo general deriva de una genom virale, que se puede plegar a través de la hibridación de cientos de oligos cortos cadena de ADN individuales denomina grapas. La alta resolución estructural obtenida por esta técnica es el resultado directo de las dimensiones naturales de la doble hélice del ADN, mientras que la reproducibilidad de la fabricación es el resultado de la adaptación de las secuencias cortas de grapas de una sola hebra para facilitar la complementariedad máxima de enlaces de hidrógeno alcanzable. Con el uso de una temperatura de recocido rampa lenta la más baja energía diseñado, termodinámicamente preferido nanoestructura se alcanza en altos rendimientos y fidelidad. La fácil aplicación de las reglas de diseño de unión en un código informático permitió el desarrollo de herramientas CAD, como caDNAno 13, que muy a simplificar la tarea de diseñar estructuras grandes y complejas que contienen cientos de uniones conectadas. Anteriormente hemos descrito el diseño de un nanorobot de ADN con la ayuda de la herramienta de 14,15 caDNAno. Aquí representan la fabricación yvisualización, a través de microscopía electrónica de transmisión (TEM), de la nanorobot, un nanodispositivo hexagonal hueca 3D, con unas dimensiones de 35 x 35 x 50 nm 3, diseñado para sufrir un cambio conformacional importante en respuesta a un estímulo predeterminados y presente de carga específica, tales como proteínas o ácidos nucleicos oligos, secuestrado en el interior. Mientras que 12 estaciones de carga están disponibles dentro del chasis hueco, el número real de carga con destino diferente con el tamaño de la carga. Moléculas de carga van desde pequeñas moléculas de ADN a las enzimas, anticuerpos y 5-10 nanopartículas de oro nm. Cargocan o bien ser uniforme o heterogénea, de manera que cada nanorobot contiene una mezcla de diferentes moléculas. Sensing se logra a través de dos puertas de bloqueo doble diseño helicoidal para detectar proteínas, ácidos nucleicos u otros productos químicos, basado ya sea en aptasensor 16,17 o cadena de ADN desplazamiento 18 tecnologías. Los recientes desarrollos en protocolos de selección de aptámeros 19-21 permiten el diseño de nanorobots respondera una gama cada vez mayor de las moléculas y los tipos de células. Un trabajo anterior mostró una nanorobot que lleva un anticuerpo específico, que tras la unión a su antígeno puede transmitir o bien un inhibidor o una señal prolífico en el interior de tipos específicos de células en una población de células mixtas 15. Una característica interesante de estos nanodispositivos es su capacidad para realizar aún más tareas complejas y el control de la lógica con la introducción de diferentes subtipos nanorobot en una sola población. Recientemente hemos demostrado subtipos específicos de nanorobots que realizan, ya sea como reguladores positivos o negativos, controlando una población efectora que contiene una molécula de carga activa 22. El protocolo que se presenta aquí describe la fabricación, purificación y obtención de imágenes de un nanorobot cerrada con secuencias de sensores aptámero que se unen selectivamente a PDGF para facilitar la apertura de la nanorobot 15,22. El proceso de fabricación descrito es similar a la nproceso de fabricación anorobot representado inicialmente por Douglas et al. 15 con los cambios destinados a reducir la duración total del proceso, al tiempo que aumenta las tasas de rendimiento y purificación.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>DNase/RNase free distilled water</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10977</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M13mp18 ssDNA scaffold</td>
			<td>NEB</td>
			<td>N4040S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x TAE</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15558-042</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 M MgCl2</td>
			<td>Ambion</td>
			<td>AM9530G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon Ultra 0.5 mL centrifugal filter 100K MWCO</td>
			<td>Amicon</td>
			<td>UFC510024</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Promega</td>
			<td>V3125</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TBE buffer</td>
			<td>Promega</td>
			<td>V4251</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium bromide 10mg/ml solution&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E1510</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 kb DNA marker</td>
			<td>NEB</td>
			<td>N3232S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loading Dye</td>
			<td>NEB</td>
			<td>B7021S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>uranyl formate</td>
			<td>polysciences</td>
			<td>24762</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>carbon-coated TEM grids&#160;</td>
			<td>Science services</td>
			<td>EFCF400-Cu-50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal Cycler c1000 Touch</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glow Discharge K100X</td>
			<td>Emitech</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV table Gel Doc EZ Imager</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NanoDrop 2000c</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM FEI-G12</td>
			<td>Tecnai</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

folding and characterization of a bio-responsive robot from dna origami

El nanorobot de ADN es un dispositivo nanométrico hexagonal hueco, diseñado para abrirse en respuesta a estímulos específicos y presente de carga secuestradas en el interior. Ambos estímulos y carga se pueden adaptar según las necesidades específicas. Aquí se describe el protocolo de fabricación nanorobot de ADN, con el uso de la técnica de origami de ADN. El procedimiento se inicia mediante la mezcla de alimentos básicos de ADN de una sola hebra cortos en una mezcla de valores que se añade a una larga y circular, andamio ADN de una sola hebra en presencia de un tampón de plegado. Un ciclador térmico estándar de está programado para disminuir gradualmente la temperatura de reacción de mezcla para facilitar el recocido-grapas a andamio, que es la fuerza de guía detrás el plegado de la nanorobot. Una vez que la reacción de plegado 60 hr es completa, el exceso de grapas se descartan usando un filtro de centrífuga, seguido por visualización a través de electroforesis en gel de agarosa (AGE). Por último, la fabricación con éxito de la nanorobot es verificado por microscopía electrónica de transmisión (TEM),con el uso de uranilo-formiato como tinción negativa.

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Plegado y Caracterización de un Robot Bio-Responsivo de DNA Origami | Química | Video

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

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

Plegable y caracterización de un Robot Bio-sensible de ADN Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

folding-characterization-bio-responsive-robot-from-dna

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14.4K vistas.  Bar-Ilan University. DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM). 

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspired autoensamblaje de partículas modeladas y Reconfigurable

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

Investigación

Química

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS can be subdivided into three domains: the distal O-polysaccharide, a core oligosaccharide, and the lipid A domain consisting of a lipid A molecular species and 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid residues (Kdo). The lipid A domain is the only component essential for bacterial cell survival. Following its synthesis, lipid A is chemically modified in response to environmental stresses such as pH or temperature, to promote resistance to antibiotic compounds, and to evade recognition by mediators of the host innate immune response. The following protocol details the small- and large-scale isolation of lipid A from gram-negative bacteria. Isolated material is then chemically characterized by thin layer chromatography (TLC) or mass-spectrometry (MS). In addition to matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS, we also describe tandem MS protocols for analyzing lipid A molecular species using electrospray ionization (ESI) coupled to collision induced dissociation (CID) and newly employed ultraviolet photodissociation (UVPD) methods. Our MS protocols allow for unequivocal determination of chemical structure, paramount to characterization of lipid A molecules that contain unique or novel chemical modifications. We also describe the radioisotopic labeling, and subsequent isolation, of lipid A from bacterial cells for analysis by TLC. Relative to MS-based protocols, TLC provides a more economical and rapid characterization method, but cannot be used to unambiguously assign lipid A chemical structures without the use of standards of known chemical structure. Over the last two decades isolation and characterization of lipid A has led to numerous exciting discoveries that have improved our understanding of the physiology of gram-negative bacteria, mechanisms of antibiotic resistance, the human innate immune response, and have provided many new targets in the development of antibacterial compounds.

Isolation and characterization of the lipid A domain of lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria provides insight into cell surface based mechanisms of antibiotic resistance, bacterial survival and fitness, and how chemically diverse lipid A molecular species differentially modulate host innate immune responses.

Aislamiento y Caracterización química del lípido A de bacterias gram-negativas

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

Nucleoside Triphosphates - From Synthesis to Biochemical Characterization

The traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the use of solid-phase synthesis by appending suitably modified phosphoramidite precursors to the nascent chain. However, the conditions used during the synthesis and the restriction to rather short sequences hamper the applicability of this methodology. On the other hand, modified nucleoside triphosphates are activated building blocks that have been employed for the mild introduction of numerous functional groups into nucleic acids, a strategy that paves the way for the use of modified nucleic acids in a wide-ranging palette of practical applications such as functional tagging and generation of ribozymes and DNAzymes. One of the major challenges resides in the intricacy of the methodology leading to the isolation and characterization of these nucleoside analogues.
	
	In this video article, we present a detailed protocol for the synthesis of these modified analogues using phosphorous(III)-based reagents. In addition, the procedure for their biochemical characterization is divulged, with a special emphasis on primer extension reactions and TdT tailing polymerization. This detailed protocol will be of use for the crafting of modified dNTPs and their further use in chemical biology.

The protocol described herein aims to explain and abridge the numerous obstacles in the way of the intricate route leading to modified nucleoside triphosphates. Consequently, this protocol facilitates both the synthesis of these activated building-blocks and their availability for practical applications.

Nucleósidos Trifosfatos - De la síntesis a la Caracterización bioquímica

The  traditional strategy for the introduction of chemical functionalities is the  use of solid-phase synthesis by appending suitably modified ...

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Marcos de síntesis y caracterización de funcionalizado metal-orgánico

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

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

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of these applications require interaction with and adhesion of DNA nanostructures to a substrate. Due to its atomically flat and easily cleaned nature, mica has been the substrate of choice for DNA origami experiments. However, the practical applications of mica are relatively limited compared to those of semiconductor substrates. For this reason, a straightforward, stable, and repeatable process for DNA origami adhesion on derivatized silicon oxide is presented here. To promote the adhesion of DNA nanostructures to silicon oxide surface, a self-assembled monolayer of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is deposited from an aqueous solution that is compatible with many photoresists. The substrate must be cleaned of all organic and metal contaminants using Radio Corporation of America (RCA) cleaning processes and the native oxide layer must be etched to ensure a flat, functionalizable surface. Cleanrooms are equipped with facilities for silicon cleaning, however many components of DNA origami buffers and solutions are often not allowed in them due to contamination concerns. This manuscript describes the set-up and protocol for in-lab, small-scale silicon cleaning for researchers who do not have access to a cleanroom or would like to incorporate processes that could cause contamination of a cleanroom CMOS clean bench. Additionally, variables for regulating coverage are discussed and how to recognize and avoid common sample preparation problems is described.

Reproducible cleaning processes for substrates used in DNA origami research are described, including bench-top RCA cleaning and derivatization of silicon oxide. Protocols for surface preparation, DNA origami deposition, drying parameters, and simple experimental set-ups are illustrated.

Preparación de Mica y Silicon Sustratos para el Análisis de Origami ADN y Experimentación

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

Preparation and Characterization of Individual and Multi-drug Loaded Physically Entrapped Polymeric Micelles

Amphiphilic block copolymers like polyethyleneglycol-block-polylactic acid (PEG-b-PLA) can self-assemble into micelles above their critical micellar concentration forming hydrophobic cores surrounded by hydrophilic shells in aqueous environments. The core of these micelles can be utilized to load hydrophobic, poorly water soluble drugs like docetaxel (DTX) and everolimus (EVR). Systematic characterization of the micelle structure and drug loading capabilities are important before in vitro and in vivo studies can be conducted. The goal of the protocol described herein is to provide the necessary characterization steps to achieve standardized micellar products. DTX and EVR have intrinsic solubilities of 1.9 and 9.6 &#181;g/ml respectively Preparation of these micelles can be achieved through solvent casting which increases the aqueous solubility of DTX and EVR to 1.86 and 1.85 mg/ml, respectively. Drug stability in micelles evaluated at room temperature over 48 hr indicates that 97% or more of the drugs are retained in solution. Micelle size was assessed using dynamic light scattering and indicated that the size of these micelles was below 50 nm and depended on the molecular weight of the polymer. Drug release from the micelles was assessed using dialysis under sink conditions at pH 7.4 at 37 oC over 48 hr. Curve fitting results indicate that drug release is driven by a first order process indicating that it is diffusion driven.

The goal of this protocol is to describe the preparation and characterization of physically entrapped, poorly water soluble drugs in micellar drug delivery systems composed of amphiphilic block copolymers.

Preparación y Caracterización de Individual y Multi-fármaco cargado físicamente atrapado poliméricos micelas

Amphiphilic block copolymers like polyethyleneglycol-block-polylactic acid (PEG-b-PLA) can self-assemble into micelles above their critical micellar ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical properties for applications in photonics, drug delivery and coating technology. Here we present a new family of colloidal building blocks, coined supramolecular colloids, whose self-assembly is controlled through surface-functionalization with a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) derived supramolecular moiety. Such BTAs interact via directional, strong, yet reversible hydrogen-bonds with other identical BTAs. Herein, a protocol is presented that describes how to couple these BTAs to colloids and how to quantify the number of coupling sites, which determines the multivalency of the supramolecular colloids. Light scattering measurements show that the refractive index of the colloids is almost matched with that of the solvent, which strongly reduces the van der Waals forces between the colloids. Before photo-activation, the colloids remain well dispersed, as the BTAs are equipped with a photo-labile group that blocks the formation of hydrogen-bonds. Controlled deprotection with UV-light activates the short-range hydrogen-bonds between the BTAs, which triggers the colloidal self-assembly. The evolution from the dispersed state to the clustered state is monitored by confocal microscopy. These results are further quantified by image analysis with simple routines using ImageJ and Matlab. This merger of supramolecular chemistry and colloidal science offers a direct route towards light- and thermo-responsive colloidal assembly encoded in the surface-grafted monolayer.

A protocol for the synthesis and characterization of colloids coated with supramolecular moieties is described. These supramolecular colloids undergo self-assembly upon the activation of the hydrogen-bonds between the surface-anchored molecules by UV-light.

Síntesis y caracterización de supramoleculares Coloides

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Phthalic Acid Ester-Binding DNA Aptamer Selection, Characterization, and Application to an Electrochemical Aptasensor

Phthalic acid esters (PAEs) areone of the major groups of persistent organic pollutants. The group-specific detection of PAEs is highly desired due to the rapid growing of congeners. DNA aptamers have been increasingly applied as recognition elements on biosensor platforms, but selecting aptamers toward highly hydrophobic small molecule targets, such as PAEs, is rarely reported. This work describes a bead-based method designed to select group-specific DNA aptamers to PAEs. The amino group functionalized dibutyl phthalate (DBP-NH2) as the anchor target was synthesized and immobilized on the epoxy-activated agarose beads, allowing the display of the phthalic ester group at the surface of the immobilization matrix, and therefore the selection of the group-specific binders. We determined the dissociation constants of the aptamer candidates by quantitative polymerization chain reaction coupled with magnetic separation. The relative affinities and selectivity of the aptamers to other PAEs were determined by the competitive assays, where the aptamer candidates were pre-bounded to the DBP-NH2 attached magnetic beads and released to the supernatant upon incubation with the tested PAEs or other potential interfering substances. The competitive assay was applied because it provided a facile affinity comparison among PAEs that had no functional groups for surface immobilization. Finally, we demonstrated the fabrication of an electrochemical aptasensor and used it for ultrasensitive and selective detection of bis(2-ethylhexyl) phthalate. This protocol provides insights for the aptamer discovery of other hydrophobic small molecules.

A protocol for the in vitro selection and characterization of group-specific phthalic acid ester- binding DNA aptamers is presented. The application of the selected aptamer in an electrochemical aptasensor is also included.

Selección de aptámeros ADN enlace de éster ácido ftálico, caracterización y aplicación a un Aptasensor electroquímico

Phthalic acid esters (PAEs) areone of the major groups of persistent organic pollutants. The group-specific detection of PAEs is highly desired due to the ...

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

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

Motivos de ADN estable, 1D y 2D nanoestructuras construyen a partir de moléculas de ADN Circular pequeño

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

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

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in physiological fluids induce denaturation and degradation of self-assembled DNA nanostructures. In non-viral gene delivery, enzymatic degradation of DNA is overcome by the encapsulation of the negatively charged DNA in a cationic shell. Herein, inspired by gene delivery advancements, a simple, one-step and robust methodology is presented for the stabilization of DNA origami nanostructures by coating them with chitosan and linear polyethyleneimine. The polycation coating efficiently protects DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media. This method also preserves the full addressability of enzyme- and aptamer-based functionalization of DNA nanostructures.

Here, a protocol for the protection of DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media using natural cationic polysaccharide chitosan and synthetic linear polyethyleneimine (LPEI) coatings is presented.

Terapia génica inspirado POLICATIÓN recubrimiento para protección de nanoestructuras de Origami de ADN

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