Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non–base pairing 3D components

碱基对 堆积 化学物理 费斯特共振能量转移 碱基 纳米技术 配对 DNA DNA纳米技术 化学 生物物理学 材料科学 结晶学 物理 荧光 光学 凝聚态物理 生物化学 生物 超导电性 有机化学
作者
Thomas Gerling,Klaus F. Wagenbauer,Andrea M. Neuner,Hendrik Dietz
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:347 (6229): 1446-1452 被引量:625
标识
DOI:10.1126/science.aaa5372
摘要

We demonstrate that discrete three-dimensional (3D) DNA components can specifically self-assemble in solution on the basis of shape-complementarity and without base pairing. Using this principle, we produced homo- and heteromultimeric objects, including micrometer-scale one- and two-stranded filaments and lattices, as well as reconfigurable devices, including an actuator, a switchable gear, an unfoldable nanobook, and a nanorobot. These multidomain assemblies were stabilized via short-ranged nucleobase stacking bonds that compete against electrostatic repulsion between the components' interfaces. Using imaging by electron microscopy, ensemble and single-molecule fluorescence resonance energy transfer spectroscopy, and electrophoretic mobility analysis, we show that the balance between attractive and repulsive interactions, and thus the conformation of the assemblies, may be finely controlled by global parameters such as cation concentration or temperature and by an allosteric mechanism based on strand-displacement reactions.
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