DNA Strand Buffers

化学 寡核苷酸 DNA 氢铵 凝聚 缓冲器(光纤) 组合化学 化学反应 离子 生物物理学 色谱法 生物化学 有机化学 计算机科学 电信 生物
作者
Dominic Scalise,Nisita Dutta,Rebecca Schulman
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:140 (38): 12069-12076 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.8b05373
摘要

A buffer reaction actively resists changes to the concentration of a chemical species. Typically, buffering reactions have only been able to regulate the concentration of hydronium (i.e., pH) and other ions. Here, we develop a new class of buffers that regulate the concentrations of short sequences of DNA (i.e., oligonucleotides). A buffer’s behavior is determined by its set point concentration, capacity to resist disturbances, and response time after a disturbance. We provide simple mathematical formulas for selecting rate constants to tune each of these properties and show how to design DNA sequences and concentrations to implement the desired rate constants. We demonstrate several oligonucleotide buffers that maintain oligonucleotide set point concentrations between 10 and 80 nM in the presence of disturbances of 50 to 500 nM, with response times of less than 10 min to 1.5 h. Multiple buffers can regulate different sequences of DNA in parallel without crosstalk. Oligonucleotide buffers could stabilize and restore reactant concentrations in DNA circuits or in self-assembly processes, allowing such systems to operate reliably for extended durations. These buffers might also be coupled to other reactions to buffer molecules other than DNA. In general, an oligonucleotide buffer can be viewed as a chemical “battery” that maintains the total chemical potential of a buffered species in a closed system.

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