Resolución de la estructura interna de dímeros de nanopartículas unidos por ADN

Figura A:Distribución calculada de la separación entre partículas, r, para dímeros unidos por una o cuatro cadenas de ADN. La separación promedio disminuyó al aumentar el número de cadenas de conexión de partículas.

Los experimentos de dispersión de luz y rayos X han revelado la estructura de dímeros de nanopartículas unidos por cadenas de ADN flexibles. Estos dímeros eran unidades básicas en una escala múltiple, asamblea jerárquica, y sirvió como un sistema modelo para comprender las interacciones mediadas por el ADN, particularmente en el régimen no trivial cuando los enlaces de nanopartículas y ADN eran comparables en tamaño. Descubrimos que la separación entre partículas dentro del dímero estaba controlada principalmente por el número de ADN de enlace. Los investigadores resumen sus hallazgos en un modelo simple que capturó la interacción de la cantidad de puentes de ADN, su longitud, la curvatura de la nanopartícula, y los efectos de volumen excluidos. Demostramos una excelente concordancia de nuestro modelo analítico con nuestros resultados experimentales y computacionales, sin el uso de parámetros libres en el modelo.

Como bloques de construcción en ensamblajes multiescala, Los dímeros de nanopartículas ligados al ADN son excelentes sistemas modelo para comprender las interacciones mediadas por cadena entre partículas. Los resultados de este estudio pueden servir para orientar el diseño de distancias controladas con precisión dentro de los cúmulos a nanoescala; dicho control es imperativo para las funcionalidades de transferencia de energía y biodetección, entre otras aplicaciones.

Figura B:Protocolo de simulación para la formación de dímeros de dos NP recubiertas de ADN conectadas por cuatro enlazadores. (a) Dos NP recubiertas de ADN y cuatro enlazadores (hebras rosas) se encuentran en posiciones aleatorias. (b) Se seleccionan al azar cuatro hebras de un hemisferio de cada NP. (c) La hibridación se produce entre los conectores y las hebras del NP izquierdo. (d) Hibridación con un segundo NP seguido de equilibrado.

Detalles:

Capacidades CFN:captura de rayos X en la estación terminal CFN / NSLS X9, UV-Vis, Dispersión dinámica de la luz, y TEM permitieron las investigaciones de los procesos de autoensamblaje de los dímeros ligados al ADN. La estación terminal CFN / NSLS X9 y la dispersión de luz dinámica también facilitaron el sondeo in situ de la distancia entre partículas dentro de los dímeros.
Cuando las nanopartículas y las cadenas de ADN son de tamaño comparable, la separación entre partículas dentro de un dímero se desvía de un comportamiento de cadena libre:en ese caso, la dependencia bien establecida de la longitud de la cadena se suprime debido a la presencia de múltiples conexiones de ADN entre las superficies muy curvas de las nanopartículas. Nuestro modelo analítico muestra una excelente concordancia con los resultados experimentales y computacionales.