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Lotus：在微重力环境下测试折纸结构
在这些突破之后，学生项目“Lotus”被提交到 Parabole 2022 竞赛，这是一个在法国航天局及其子公司 Novespace 组织的抛物线飞行活动期间在微重力条件下测试学生项目的机会。由 5 名国际学生组成的团队将描述和分析创新折纸结构模型的部署和折叠，以用于当前和未来的太空应用，特别是可部署栖息地、燃料箱或其他资源容器（如小行星和风化层）的体积；三个立体摄像机将以不同的设定速度捕捉几何形状。为了最大限度地提高科学回报，将测试几种形状和几何参数：建议测试三种不同的结构，主要受实验可用体积的限制。测试的模型将尽可能与全尺寸模型相似，由太空级聚酰亚胺制成，并将在接近 0g 的条件下评估它们的动力学，以获得尽可能准确的部署环境。这些结果将与具有类似实验装置的地面实验进行比较。
不同领域天线及设备的折纸技术
摘要 全球各地的科学家、研究人员和工程师开始重新考虑通过将设备缩小到更小尺寸来消除大尺寸设备的想法。大量资金投入到开发大尺寸天线和各种其他具有复杂形状的设备中。随之而来的成本和性能有限的问题已通过日本的折纸艺术（称为折纸）得到解决。然而，很难按照折纸概念设计设备，因为需要考虑许多参数。军事、医疗和太空计划的研究和开发正在进行中。很少有项目已经完成，其中大多数处于研究阶段。相应的软件也在研究中，并且正在为折纸设备的设计而开发。材料选择和制造过程是实现完美设备的其他挑战性步骤。医疗领域有许多类型的设备可以用折纸概念进行设计。到目前为止，只制造了少数几种，这些设备在使用前也需要获得临床批准。世界各地的军事机构都在根据折纸概念开发庇护帐篷和武器。军事部门的主要重点是设计无人机和天线。使用折纸概念的最新和完成的项目是詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)，由 NASA、ESA 和 CSA 设计。该望远镜是可运输的，因为它的两个主要部件，光学元件和遮阳板都是用折纸方法设计的。遮阳板和光学元件被折叠起来以适合航天器。一旦进入运行轨道，这些设备就可以再次展开。詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2021 年 12 月 25 日搭乘阿丽亚娜 5 号火箭开始了它的外太空探索之旅。
通过固态纳米孔特征的DNA折纸
图1。DNA纳米结构组件和纳米孔的表征。a）DNA螺旋束杂交的示意图：7249 NT M13MP13的热退火，带有190个短“主食”链。b）预期尺寸和3螺旋束组件的结构。c）1％琼脂糖凝胶电泳，显示了一个泳道中各种DNA长度的梯子，另一个车道完全组装了3HB结构。d）用于3HB结构的纳米孔感测的设置。黄色的色调描绘了电场强度。e）在13.2nm孔（顶部）中，在200 mV以下的12m licl中存在3HB引起的瞬时离子阻塞的串联电流痕迹（顶部）。单个封锁事件适合提取变量，例如最大电导阻塞和易位时间（底部）。f）在与（e）相同的实验条件下，最大电导阻塞与易位时间的散点图，n = 846。
热波动（最终）展开纳米级折纸
折纸是变形机器人技术，可部署结构的规模不变范式（例如卫星，救灾避难所，医疗支架）和具有可调的热，机械或电磁特性的超材料。使用折纸原理以及2D材料或DNA都引起了人们的兴趣，以设计各种纳米级设备。在这项工作中，我们认识到小规模设备容易受到熵热波动的影响，因此是小规模折纸与其稳定性有关的基本问题，即折纸结构由于热波动而倾向于“展开”和随之而来的展开速度。要正确理解这些基于折纸的纳米版的行为，我们必须同时考虑折纸的几何力学以及热波动，熵排斥力，范德华的吸引力和其他分子尺度现象之间的相互作用。在这项工作中，为了阐明在纳米级折纸设备演变的富裕行为，我们开发了折叠纳米级床单的最小统计力学模型。我们使用该模型来研究（1）纳米级折纸结构的热力学多稳定性以及（2）热波动推动其展开的速率，即其时间稳定性。我们首次识别出一种熵扭矩，这是展开过程的关键驱动力。对于多层石墨烯）和温度，在该温度下不能稳定折叠。热力学多稳定性和时间稳定性都对折纸的弯曲刚度，其折痕的曲率，环境温度，其厚度和界面能量（折叠层之间）都有非平凡的依赖性。具体来说，对于石墨烯，我们表明存在一个临界侧长，在此不再以稳定性折叠；同样，存在临界直径，膜厚度（例如为了研究热驱动的展开速率，我们将Kramers的逃生速率理论扩展到了能量的最小孔出现在边界处的情况。展开的速率被发现从有效零到瞬时，并且在展开速率上温度，几何形状和机械性能之间存在明显的相互作用。
1 屈曲诱导的 3D 微/... 折纸组装
随着近年来微纳加工技术的快速发展，纳米薄膜[1–8]的基础研究及其在电子/光电子[3,8,9]、微纳机电系统（MEMS/NEMS）[6,10]和光学[11,12]等领域的应用已成为一个具有巨大潜力和机遇的领域。同时，纳米薄膜技术正逐渐广泛深入人们的日常生活，在现代智能社会的发展中发挥着越来越重要的作用。例如，基于纳米薄膜技术的微电子器件（如手机、笔记本电脑和可穿戴设备）作为人工智能技术中生命信号采集和传输的物理载体，集成的功能越来越多，尺寸却不断减小[13,14]。然而，纳米膜在微电子领域的应用主要集中在二维微纳结构和平面器件上。纳米膜的二维布局可能不利于实现进一步的性能提升或满足某些场景下的特定关键要求[13,15–17]，如空间光调制[18]、具有高Q值的非传统近场通信(NFC)[19,20]和高效能量收集器[21]。发展将纳米膜转化为三维微纳结构的技术可以绕过平面设计中遇到的一些挑战，为实现器件设计的多样性、更好的性能和更先进的功能提供了可行途径[22,23]。然而，三维微纳结构的制备存在许多技术挑战[24]。在过去的几十年里，人们投入了大量的努力来开发新的制造方法，三维纳米膜的制备也取得了重大进展。在这些方法中，二维到三维的组装方法脱颖而出，由于其与现代平面制造具有良好的兼容性等固有优势而受到广泛关注
湿实验室部分：建筑DNA折纸小管
任务4：用落叶显微镜检查长管ePluorecence显微镜是一种光学显微镜，用于观察荧光标记的标本。荧光显微镜检测到荧光团，它们是可以在一个波长下吸收光并在更长波长下发光的分子。我们将用yoyo-1荧光染料染色DNA管组装溶液，并在落叶显微镜下对样品进行图像。步骤1：用FOB20步骤2将10 nm管稀释到5nm中：移液管混合2μl5 nm管，用2μl1.25μmyoyo-1稀释。等待10分钟步骤3：在载玻片和盖玻片上都吹动压缩的氮气，以除去表面上的灰尘：移液器1.8μl的溶液在载玻片上，并用盖玻片步骤5：显微镜上的成像
使用DNA折纸技术再生牙釉质。
1）化学。修订版2017，117，20，20，22584–12640出版日期：2017年6月12日/https：//doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00825 2）Yoshida，S。; Tomokiyo，A。；哈谷瓦，d。 Hamano，S。； Sugii，H。； Maeda，H。洞察牙髓干细胞在再生疗法中的作用。 生物学2020，9，160。https：//doi.org/10.3390/biology9070160 3）Olaru M，Sachelarie L，Calin G.硬牙牙科组织再生和挑战。 材料（巴塞尔）。 2021 5月14日； 14（10）：2558。 doi：10.3390/MA14102558。 PMID：34069265; PMCID：PMC8156070。 4）Lymperi S，Ligoudistianou C，Taraslia V，Kontakiotis E，AnastasiaDou E.牙科干细胞及其在牙科组织工程中的应用。 打开凹痕J. 2013年7月26日； 7：76-81。 doi：10.2174/1874210601307010076。 PMID：24009647; PMCID：PMC3750972。 5）黄gt。 牙髓和牙本质组织工程和再生：进步和挑战。 前Biosci（精英编辑）。 2011年1月1日; 3（2）：788-800。 doi：10.2741/e286。 PMID：21196351; PMCID：PMC3289134。2017，117，20，20，22584–12640出版日期：2017年6月12日/https：//doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00825 2）Yoshida，S。; Tomokiyo，A。；哈谷瓦，d。 Hamano，S。； Sugii，H。； Maeda，H。洞察牙髓干细胞在再生疗法中的作用。生物学2020，9，160。https：//doi.org/10.3390/biology9070160 3）Olaru M，Sachelarie L，Calin G.硬牙牙科组织再生和挑战。材料（巴塞尔）。2021 5月14日； 14（10）：2558。 doi：10.3390/MA14102558。PMID：34069265; PMCID：PMC8156070。4）Lymperi S，Ligoudistianou C，Taraslia V，Kontakiotis E，AnastasiaDou E.牙科干细胞及其在牙科组织工程中的应用。打开凹痕J.2013年7月26日； 7：76-81。 doi：10.2174/1874210601307010076。 PMID：24009647; PMCID：PMC3750972。 5）黄gt。 牙髓和牙本质组织工程和再生：进步和挑战。 前Biosci（精英编辑）。 2011年1月1日; 3（2）：788-800。 doi：10.2741/e286。 PMID：21196351; PMCID：PMC3289134。2013年7月26日； 7：76-81。 doi：10.2174/1874210601307010076。PMID：24009647; PMCID：PMC3750972。5）黄gt。牙髓和牙本质组织工程和再生：进步和挑战。前Biosci（精英编辑）。2011年1月1日; 3（2）：788-800。 doi：10.2741/e286。PMID：21196351; PMCID：PMC3289134。
由DNA折纸制成的合成细胞装甲
图1：纳米壳合成过程和稳定性验证的示意图。（a）通过三步固定过程在细胞膜上合成DNA纳米壳，包括：（i）A'-SSDNA启动器在糖科利克斯上的固定化； （ii）杆A（绿色）通过ssDNA杂交与A'-ssDNA结合，以及（iii）杆B（蓝色）通过H-SSDNA在杆A和H'ssDNA上的杂交在杆上的rod a和h'-ssDNA杂交的结合和交联。杆A和B的直径约为7nm，长度约为400nm。三个A-SSDNA（蓝色），14 s-ssDNA（黑色）和14 h-ssDNA（黄色）均匀分布在Rod A上。14 s-ssDNA（黑色）和14 h'-ssDNA（黄色）均匀分布在杆B上。所有ssDNA悬垂都是22对。比例尺：500 nm。（b）单个DNA棒的琼脂糖凝胶电泳，以及30分钟在37°C下孵育30分钟后杆的混合物。（c）单个DNA棒和两种类型的细胞培养基中的凝集的琼脂糖凝胶电泳研究。杆A和棒混合物。（d）通过铜免费点击化学，将DBCO标记的A'-SSDNA启动器固定在叠氮化物细胞表面糖脂上。
基于DNA折纸的电子读取仅读取记忆
抽象的脱氧核糖核酸（DNA）已成为设计下一代超高密度存储设备的有前途的构建块。尽管DNA本质上是高度耐用且密度极高的，但其作为存储设备基础的潜力目前受到诸如昂贵且复杂的制造过程以及耗时的阅读工艺操作等限制的阻碍。在本文中，我们建议将DNA横梁阵列体系结构用于电气可读的读取 - 单位（DNA-ROM）。对于DNA-ROM，我们选择了两个DNA链分别代表位1和位0。DNA电荷传输已通过接触-DNA接触设置进行了研究。从DNA电荷运输研究中获得的结果已用于分析横梁阵列。通过将图像加载到128×128横杆上，对性能进行了分析。对于此应用，我们已经观察到了4.52％的位错误率，功耗为6.75 µW。
一条链：一种简化的DNA折纸方法
就像单个多肽链可以自变成复杂的3D结构一样，单个DNA可以自折入DNA折纸。大多数DNA折纸结构（即支架堆盖和DNA瓷砖系统）都使用数百个短单链DNA。因此，这些结构带来了分子间结构固有的挑战。如果折纸结构是由一个DNA链构造的，涉及分子间相互作用的许多组装挑战可以解决，在一个DNA链中构建，折叠与浓度无关，折叠结构对核酸酶降解具有更耐药性，并且可以在成本千分之一的情况下以工业尺度以一千分之一的范围实现合成。本评论讨论了单链DNA折纸中采用的设计原理和考虑因素及其潜在的好处和缺点。