电场中DNA折纸的离子电导率，结构变形和可编程各向异性|Aksimentiev集团

电场中DNA折纸的离子电导率，结构变形和可编程各向异性

Chen-Yu Li，Elisa A. Hemmig，Jinglin Kong，Jejoong Yoo，SilviaHernández-ainsa，Ulrich F. Keyser和Aleksei Aksimentiev
ACS纳米9（2）1420-1433（2015）
doi：10.1021/nn505825z Bibtex

强调

实验表明，放置在固态纳米孔顶部的几层DNA分子，即DNA折纸板，可以渗透到离子上。在这里，我们报道了这种DNA折纸板的离子电导率的全面表征。使用MD方法，我们表征了几种折纸构建体的离子电导率，除其他效果外，离子电导率对施加电压的依赖性，周围离子的浓度和施加的电场的方向。通过纳米毛细血管电流记录和FRET测量值直接证实了我们的仿真结果。据我们所知，这是第一批证明使用DNA对自组装纳米级对象进行电气特性进行编程的可行性

抽象的

DNA折纸技术可以实现单分子电流记录的无机结构的功能化。实验表明，放置在固态纳米孔顶部的几层DNA分子，即DNA折纸板，可以渗透到离子上。在这里，我们报告了通过全原子分子动力学（MD）模拟和纳米毛细血管电流记录的DNA折纸平板的离子电导率的全面表征。使用MD方法，我们表征了几种折纸构建体的离子电导率，揭示了离子的局部分布，静电电位的分布以及不同分子物种对电流的贡献。模拟确定了离子电导率对施加电压的依赖性，DNA层的数量，核苷酸含量和板的晶格类型。我们证明增加了Mg的浓度²⁺离子使折纸板更紧凑，从而降低了其电导率。DNA折纸板在固态纳米孔顶部的电导率取决于两个竞争效应：DNA折纸板的弯曲，从而减少了增加电流的DNA折纸层的电流和分离。后者是由电渗透流产生的，在一百纳秒的时间尺度上是可逆的。发现DNA折纸对象的电导取决于其方向，当电场与DNA螺旋方向排列时，达到了最大值。我们的工作证明了使用DNA编程自组装纳米级对象的电气性能的可行性。

支持信息

通过DNA折纸板对离子电流的分子动力学模拟。板的脚手架和钉书束分别以蓝色和黄色显示。毫克²⁺，Cl^-和k⁺离子分别显示为粉红色，青色和ocher球。与MG形成六氢镁镁水合物复合物的水分子²⁺以红色（氧）和白色（氢）的形式明确显示。这部电影以100 mV的应用潜力说明了系统的48 NS MD轨迹。KCL和MGCL的批量浓度₂分别为1 m和50 mm。为了清楚起见，只有10％的离子被明确显示。

CG（左） / AT（右）DNA折纸方晶格板的结构动力学和横截面区域波动。板丝（C），鸟嘌呤（G），腺嘌呤（A）和胸蛋白（T）的核苷酸分别以红色，黄色，蓝色和绿色显示；没有显示水和离子。显示了细胞的几个周期性图像。矩形框指示单位单元的边界；报告瞬时区域以NM的单位为单位²。这部电影说明了系统的573（左） / 947（右）NS平衡（零应用偏置），在1 m kcl / 250 mm mgcl处₂散装离子浓度。

DNA折纸方晶格板的结构动力学和横截面区域在不同mg处具有M13MP18序列²⁺专注。腺嘌呤（A），胸腺胺（T），胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）（G）的核苷酸分别以蓝色，绿色，红色和黄色显示；没有显示水和离子。显示了细胞的几个周期性图像。矩形框指示单位单元的边界；报告瞬时区域以NM的单位为单位²。MGCL₂每个面板的浓度和仿真时间如下：

	剩下	中间	正确的
MGCL₂（毫米）	250	131	0
仿真时间（NS）	573	654	578

通过电场对两层DNA折纸方晶格板的可逆变形。盘子的两层以黄色和蓝色显示。箭头表示对应于500 mV偏置的外部电场的应用。据报道，板的顶部和底层的支架链之间的瞬时距离以Å为单位。这部电影以1 m / 250 mm的批量浓度为KCL / MGCL，说明了系统的230 ns轨迹₂。

该图显示了顶部和底层中的支架链与相应偏置之间的距离的时间轨迹。

电场引起的DNA折纸板在SIO顶部的变形₂纳米类。使用青色，绿色和红线，SIO显示DNA折纸₂作为红色（O）和黄色（SI）球；没有显示水和离子。这部电影以100 mV（青色），250（绿色）MV和500 mV（红色）施加的电位和1 m / 50 mm的kcl / mgcl浓度为100 mV（青色），250（绿色）MV和500 mV（红色）的系统轨迹101 NS MD轨迹₂。

电场引起的DNA折纸板在SIO顶部的变形₂纳米类。折纸的脚手架和主食分别显示为蓝线和黄线。Sio₂显示为红色（O）和黄色（Si）球体；没有显示水和离子。这部电影说明了系统的34 ns MD轨迹，该轨迹是1000 mV的潜力和1 m / 50 mm的KCL / MGCL浓度₂。