Skulptur af en konjugeret polymer ved hjælp af DNA-origami

(Phys.org)—Ny forskning gør det muligt for forskere at forme polymerer i to- og tredimensionelle former, svarende til hvordan polypeptider foldes til funktionelle tredimensionelle former. Denne evne er særlig fordelagtig for konjugerede polymerer, polymerer, der har et netværksforbundet pi-elektronsystem, fordi de dirigerer. Immobilisering og formning af ledende polymerer er et vigtigt skridt i konstruktionen af ​​molekylære kredsløb.

En gruppe forskere fra Aarhus Universitet i Danmark, Wyss Institute ved Harvard, og Max Plank Institute i Tyskland, har syntetiseret, karakteriseret, og immobiliserede en konjugeret polymer under anvendelse af DNA-origami. Deres polymer var i stand til at formes og støbes til forskellige to- og tredimensionelle former, mens de bibeholdt sine fysiske egenskaber. Deres arbejde vises i Natur nanoteknologi .

Knudsen, et al. syntetiserede en konjugeret børstepolymer, (2, 5-dialkoxy) paraphenylen vinylen (APPV), der er funktionaliseret med en ni nukleotid lang enkeltstrenget DNA (ssDNA) sekvens for at tjene som en kobling til DNA origami. APPV har hydroxylgrupper langs sin rygrad, der er knyttet til phenylenenheder. Disse hydroxylgrupper er tilgængelige til funktionalisering med syntetisk ssDNA.

ssDNA'et annealet til komplementære strenge, der strækker sig fra en DNA-platform, således at polymeren holdes på plads. Denne teknik er kendt som DNA-origami, fordi de komplementære DNA-strenge, der strækker sig fra DNA-origamien, kan skræddersyes til enhver form eller design og bør guide polymeren med dens komplementære ssDNA til at tage den samme form.

I dette eksperiment, APPV-DNA blev karakteriseret med gelpermeationskromatografi, UV-Vis spektroskopi, fluorescensspektroskopi, XPS, og AFM. Gelpermeationskromatografi viste, at polymerstørrelsen varierede fra 340 kDa til 3, 300 kDa. Dette og AFM-undersøgelser indikerede tilstedeværelsen af ​​mindre og længere polymerstykker. XPS viste, at mindre end to tredjedele af phenylenenhederne, indeholdende hydroxylgrupper, hvor funktionaliseret med ssDNA. Derudover AFM-undersøgelser gav overfladepotentielle oplysninger, hvilket indikerer, at APPV-DNA-polymeren har en højere ladningsoverførsel end siliciumoxidsubstratet, men lavere end guld- eller kulstofnanorør.

Polymeren blev derefter immobiliseret på DNA-origami i forskellige to- og tredimensionelle former, og ladningsoverførsel såvel som polymerintegritet blev testet. Den første test involverede DNA-origami i lineær, U-formet, og på 90 ^o vinkler. Overfladepotentiale undersøgelser viste, at den immobiliserede APPV-DNA-polymer udviste lignende ladningsoverførselsevner i alle konformationer. Polymerens fleksibilitet blev verificeret ved at udsætte den for DNA-origami-former, der ville belaste strukturen:bølge, trappe, og cirkulær.

Endelig, APPV-DNA-polymeren blev formet til en tredimensionel cylindrisk struktur lavet af stablede ringe af dobbeltspiraler. De stablede ringe holdes sammen ved hjælp af hæftestrenge. TEM undersøgelser bekræftede cylinderens form, men polymeren giver ikke tilstrækkelig kontrast til fuld karakterisering ved brug af TEM. AFM eller andre scanningsmikroskopiteknikker vil heller ikke fungere for denne form for struktur. Interaktionen mellem spidsen og molekylet kan beskadige polymerens "bløde" tredimensionelle struktur.

For at opnå en tredimensionel gengivelse af APPV-DNA-cylinderen, Knudsen, et al. brugt DNA-PAINT. Ved at bruge det overskydende ni-nukleotid ssDNA, der ikke bandt til DNA-origami-strukturen, Knudsen, et al. lavet komplementære strenge med et fluorescerende mærke. De brugte derefter DNA-PAINT til at visualisere strengmønsteret og gengive et tredimensionelt billede.

Denne forskning viser evnen til at kontrollere den to- og tredimensionelle konformation af en konjugeret polymer, som har lovende implikationer for molekylært kredsløbsdesign.

© 2015 Phys.org