Designing Multimodal ON–OFF Nanoswitches of DNA-Functionalized Nanoparticles by Stimuli-Responsive Polymers

聚合物 纳米生物技术 材料科学 纳米技术 合理设计 纳米颗粒 计算机科学 复合材料
作者
Yixin Zhang,Hao Tang,Junwei Zhou,Liangshun Zhang,Rong Wang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:127 (37): 8049-8056 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.3c04409
摘要

It is a challenging task to realize highly reversible ON-OFF nanoswitches over a wide range of temperatures, which emerge as a versatile toolbox for use in nanobiotechnology. Herein, nanoparticles (NPs) bifunctionalized by DNA strands and stimuli-responsive polymers are proposed to construct multimodal ON-OFF nanoswitches by the coarse-grained model. The successful achievement of multimodal ON-OFF nanoswitches for bifunctionalized NPs at lower temperatures is attributed to the synergistic effects of the contraction and expansion configurations of stimuli-responsive polymers, combined with the hybridization-dehybridization event of DNA strands. Importantly, our simulations isolate the conditions of programmable self-assembly of bifunctionalized NPs to realize the multimodal ON-OFF nanoswitches by the changes of temperature and chain rigidity. In addition, it is found that the bifunctionalized NPs in the ON state display anisotropic and patchy features due to an introduction of stimuli-responsive polymers. Our simulation results provide fundamental insights on qualitative predictions of ON/OFF states of DNA-based NPs, which can aid in realizing a set of ON-OFF nanoswitches by the rational design of functionalization molecules.

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