Pathway-controlled formation of mesostructured all-DNA colloids and superstructures

纳米技术 材料科学 超分子化学 聚合物 纳米尺度 DNA 结构化 模板 化学 结晶学 生物化学 财务 经济 复合材料 晶体结构
作者
Rémi Merindol,Sebastian Loescher,Avik Samanta,Andreas Walther
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:13 (8): 730-738 被引量:116
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0168-1
摘要

DNA has traditionally been used for the programmable design of nanostructures by exploiting its sequence-defined supramolecular recognition. However, control on larger length scales or even hierarchical materials that translate to the macroscale remain difficult to construct. Here, we show that the polymer character of single-stranded DNA (ssDNA) can be activated via a nucleobase-specific lower critical solution temperature, which provides a unique access to mesoscale structuring mechanisms on larger length scales. We integrate both effects into ssDNA multiblock copolymers that code sequences for phase separation, hybridization and functionalization. Kinetic pathway guidance using temperature ramps balances the counteracting mesoscale phase separation during heating with nanoscale duplex recognition during cooling to yield a diversity of complex all-DNA colloids with control over the internal dynamics and of their superstructures. Our approach provides a facile and versatile platform to add mesostructural layers into hierarchical all-DNA materials. The high density of addressable ssDNA blocks opens routes for applications such as gene delivery, artificial evolution or spatially encoded (bio)materials. Single-stranded DNA with purine-rich poly-A and poly-G sequences can undergo a defined lower critical solution temperature-type phase transition at elevated temperature like other polymers, which can be exploited to realize defined kinetic microparticle assemblies.
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