النانومترية الحمض النووي كأداة مرنة لدراسة البوليمرات سيميفليكسيبلي

Jörg Schnauß; Martin Glaser; Jessica S. Lorenz; Carsten Schuldt; Christin Möser; Martin Sajfutdinow; Tina Händler; Josef A. Käs; David M. Smith

doi:10.3791/56056

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

النانومترية الحمض النووي كأداة مرنة لدراسة البوليمرات سيميفليكسيبلي

6.8K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/56056

⸱

أكتوبر 25, 2017

Jörg Schnauß^*¹^,² , Martin Glaser^*¹^,² , Jessica S. Lorenz¹ , Carsten Schuldt¹^,² , Christin Möser¹ , Martin Sajfutdinow¹ , Tina Händler¹^,² , Josef A. Käs² , David M. Smith¹

¹Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology, ²Institute of Experimental Physics I, Universität Leipzig

^* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

سيميفليكسيبلي البوليمرات عرض الخصائص الميكانيكية الفريدة التي يتم تطبيقها على نطاق واسع بنظم المعيشة. ومع ذلك، تقتصر دراسات منهجية في البوليمرات البيولوجية نظراً لخصائص مثل صلابة البوليمر غير قابل للوصول. هذه المخطوطة يصف كيف يتم التحايل على هذا القيد بالأنابيب النانوية الحمض النووي للبرمجة، تمكين دراسات تجريبية عن أثر صلابة خيوط.

الملخص

ويمكن فهم الخواص الميكانيكية لهذه المسألة لينة معقدة، والمستندة إلى البوليمر، مثل الخلايا أو الشبكات بيوبوليمير، لا الإطار الكلاسيكي للبوليمرات المرنة ولا قضبان جامدة. خيوط الأساسية تظل ممدودة بسبب ما تيبس العمود الفقري غير التلاشي، الذي هو كمياً عن طريق طول استمرار (l_p) وإنما أيضا عرضه للتقلبات الحرارية القوية. صلابة الانحناء محدود يؤدي إلى ميكانيكا الجماعية فريدة وغير عادية للشبكات الأكبر، مما يتيح تشكيل السقالات مستقرة في انخفاض حجم الكسور مع توفير أحجام كبيرة مش. هذا المبدأ الأساسي السائد في الطبيعة (مثلاً في الخلايا أو الأنسجة)، تقليل محتوى الجزيئي عالية ومما ييسر انتشارية أو النقل النشط. نظراً للآثار البيولوجية والتطبيقات التكنولوجية المحتملة في الهلاميات المائية متوافق حيويا، خضعت البوليمرات سيميفليكسيبلي دراسة كبيرة. بيد أن التحقيقات مفهومة ظلت صعبة نظراً لأنها تعتمد على البوليمرات الطبيعية، مثل خيوط الأكتين، التي غير الانضباطي بحرية. وعلى الرغم من هذه القيود، ونظرا لعدم وجود البوليمرات الاصطناعية وميكانيكيا الانضباطي، وسيميفليكسيبلي، وخيوط أكتين أنشئت كالنظام النموذجي الموحد. حد رئيسية أن الكمية الوسطى ل_ف لا يمكن ضبطها بحرية لدراسة تأثيرها على هياكل السائبة العيانية. وتم حل هذا القيد باستخدام الأنابيب النانوية هيكلياً للبرمجة في الحمض النووي، تمكين التحكم تغيير صلابة خيوط. أنها تتشكل من خلال النماذج المستندة إلى البلاط، حيث هجن مجموعة منفصلة من خيوط مكملة جزئيا في بنية حلقة مع محيط منفصلة. نهايات لزجة، تمكين البلمرة فعالة إلى خيوط عدة ميكرون في الطول، وتتميز هذه الحلقات وعرض مماثل البلمرة حركية البوليمرات البيولوجية الطبيعية. سبب الميكانيكا القابلة للبرمجة، وهذه الأنابيب أدوات تنوعاً، رواية دراسة أثر ل_ف في جزيء الواحد فضلا عن حجم الجزء الأكبر. وعلى النقيض من خيوط الأكتين، تظل مستقرة على مدى أسابيع، دون انحطاط ملحوظ، وتعاملها مع بسيط نسبيا.

المقدمة

بسبب السلوكيات المعقدة خصائصها الميكانيكية الفريدة التي يوفرها، البوليمرات سيميفليكسيبلي هي اللبنات الأساسية لمعيشة هذه المسألة. خلافا للبوليمرات المرنة، البوليمرات سيميفليكسيبلي تعتمد على تكوين ممدودة بسبب تصلب العمود الفقري غير التلاشي على حين لا تزال تبقى خاضعة للتقلبات الحرارية قوية¹. وهكذا، لا يمكن تطبيق النماذج العشوائية البحتة على سلوكهم، كما هو الحال مع النقيض إلى النقيض تماما مرنة أو جامدة البوليمرات. ووضعت ما يسمى دودة مثل سلسلة طراز²^،³^،⁴ لقياس صلابة هذا عن طريق ل_ف، الذي هو ثابت الانحلال في العلاقة الظل الظل على طول الشعير....