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功能折纸的活性材料| Zhao Lab
近几十年来，已经探索了折纸以帮助设计工程结构。这些结构涵盖了多个尺度，已被证明用于航空航天，超材料，生物医学，机器人和建筑应用等各个领域。从传统上讲，折纸或可部署的结构是由手，电动机或气动执行器驱动的，这可能会导致沉重或笨重的结构。另一方面，有效材料对外部刺激的响应重新构成，消除了对外部机械载荷和笨重的致动系统的需求。因此，近年来，与可部署结构合并的活性材料已经显示出对轻重，可编程折纸的远程致动的希望。在这篇评论中，有效材料，例如形状记忆聚合物（SMP）和合金（SMA），水凝胶，液晶弹性体（LCES），磁性软材料（MSMS）以及共价适应网络（CAN）聚合物，它们的驱动机制，以及它们如何用于现有的origanami和这些结构的使用方式，以及它们是可用的结构。此外，突出显示了构建活性折纸的最新制造方法。总结了折纸的现有结构建模策略，用于描述活跃材料的构造模型以及主动折纸研究的最大挑战和未来方向。
DNA折纸设计的3D音速晶体-orca
摘要：在三维（3D）空间中塑造语音波的流在控制物质的声音和热特性中起着至关重要的作用。到此末端，3D语音晶体（PNC）被认为是金标准，因为它们的完整语音带隙（PNBG）可实现对声音波抗的全向抑制作用。尽管如此，在高频制度中实现完整的PNBG仍然具有挑战性，因为获得了相应的要求的中尺度3D晶体，该晶体由连续的框架网络组成，并具有常规的构造。在这里，我们报告了DNA折纸设计的3D晶体可以用作最宽的完整PNBG的高超音速3D PNC。DNA折纸晶体 - 液化可以前所未有地提供3D晶体，从而实现了中尺度的连续框架3D晶体。此外，它们的晶格对称性可以分子编程为在对称组和数字的层次结构中处于最高水平，这可以促进PNBG的扩大。更重要的是，共形硅拟合可以使DNA折纸3D晶体刚性。总体，
DNA折纸——治疗学中的应用
纳米管是由 DNA 制成的圆柱形结构，具有中空的核心，可用于药物输送或作为合成纳米线的模板。 在创建纳米管时，我们必须首先设计一条由 100-200 个核苷酸组成的长支架链。 然后，添加垂直于支架链的订书钉链，以形成宽度约为 25-50 纳米的矩形。 形成矩形后，我们可以添加更多订书钉链来封闭两端并创建一个管子。 然后，在使用 DNA 折纸技术折叠时，我们可以将支架和订书钉链在缓冲溶液中混合在一起，然后慢慢冷却溶液，使 DNA 链利用互补碱基配对自组装成所需的纳米管结构。 我们可以使用原子力显微镜 (AFM) 或透射电子显微镜 (TEM) 等成像技术来验证 DNA 纳米管的结构。 具有正确数量的交叉点，DNA 纳米管是一种高度稳定的结构，可以承受高温、极端 pH 条件和其他恶劣环境。这使得它们可用于生物技术和材料科学应用。
DNA折纸在纳米技术和生物技术等领域的应用有哪些优势？
参考文献：1) Ceze, L., Nivala, J. & Strauss, K. 使用 DNA 进行分子数字数据存储。Nat Rev Genet 20, 456–466 (2019)。https://doi.org/10.1038/s41576-019-0125-3 2)Ranjbar R, Hafezi-Moghadam MS。基于 MPT64 抗体适体的 DNA 折纸药物输送系统的设计和构建，用于治疗结核病。Electron Physician。2016 年 2 月 25 日；8(2):1857-64。doi：10.19082/1857。PMID：27053991；PMCID：PMC4821297。 3)光学纳米天线：作为生物传感器的最新技术、应用范围和挑战以及人类对纳米毒理学的暴露” Sensors 15, no. 4: 8787-8831. 4) Kearney CJ, Lucas CR, O'Brien FJ, Castro CE. DNA Origami：可引导和解释细胞行为的折叠 DNA 纳米装置. Adv Mater. 2016 年 7 月;28(27):5509-24. doi: 10.1002/adma.201504733. Epub 2016 年 2 月 3 日. PMID: 26840503; PMCID: PMC4945425. 5) Pinheiro AV, Han D, Shih WM, Yan H. 结构 DNA 纳米技术的挑战和机遇. Nat Nanotechnol. 6) Endo M, Sugiyama H. DNA 折纸纳米机器。分子。2018 年 7 月 18 日；23(7):1766。doi: 10.3390/molecules23071766。PMID: 30022011；PMCID: PMC6099981。(7) Hernandez-Garcia A. 构建混合蛋白质-DNA 纳米结构的策略。纳米材料。2021；11(5):1332。https://doi.org/10.3390/nano11051332
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。
评估二维分子布局对 DNA 折纸转运体的影响
驱动蛋白是一种沿微管行走的加工性运动蛋白，已被用作集体运动的模型蛋白。在之前的研究中，已经检查了运动蛋白数量的影响；然而，密度和布局的影响仍然难以捉摸。11 – 16 这是因为 (1) 样本的异质性和 (2) 难以分别控制数量和密度/布局。这些缺点可以归因于传统的测定方法（例如珠子和滑动测定），其中马达通常随机吸附到转运体上，并且马达数量和分子间距离的分布很广。为了克服这些限制，已经开发出基于 DNA 的测定方法，使研究人员能够设计和构建具有确定数量和布局的运动分子的转运体。17 – 19
DNA折纸铰链融合的自我修复水凝胶
Figure 1 – Schematic of wound healing in humans ........................................................ 3 Figure 2 – Schematic on DNA hairpin-based shape memory hydrogel............................ 5 Figure 3 – Schematics on how different studied self-healing systems work..................... 7 Figure 4 – DNA structure and the complementary base-pairing system ........................ 10 Figure 5 – Examples of DNA nanotechnology构造........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13图7 - 3D DNA折纸曲柄滑块结构.................................................to attach the DNA oligonucleotide crosslinks to the pAA chain ........................................................................................ 17 Figure 10 – Schematic illustrating how a free radical polymerization progresses........... 18 Figure 11 – DNA hairpin-dependent expansion of the pAA hydrogels in the 2017 study by Schulman et al................................................................................................................................................................................................................................................................................ 19图12 - PAA聚合反应的示意图............................................................................................................... 60分钟后的水凝胶形成.... 28图16 - 优化的PAA-SSDNA水凝胶............................................................................................................................................................................................... 29图17 - 对PAA凝胶优化的不同冷却设置的定性分析结果的结果.................................................................................................................................................................................................................................................................................反应混合物中存在的ssdna ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 30
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。
DNA接枝磁性纳米颗粒的合作动力学优化磁性生物传感和耦合到DNA折纸
AFM显微照片（图S1）。D H分布记录在分散在Tris-Edta（TE）缓冲液中的CMP上的Malvern-Zetasizer-Nano仪器上（5 mM Tris，1 mm EDTA，1 mm EDTA，5 mm NaCl，pH 7.3）。（d）菌株促进的叠氮化物 - 烷基环加成（SPAAC）的方案 - 铜铜的铜线自由点击反应在叠氮化物标记的CMPS和二苯并杂志环链（DBCO） - 修饰的ssDNA低聚物之间。（e）根据耗尽测定估计的平均值（SEM）标准误差的平均ssDNA数量与标称移植密度r（x）相比。（f）在90 MA处的0.5％琼脂糖凝胶上，在不同的R（x）值上对CMP和CMP-DNA偶联物进行的琼脂糖凝胶电泳移位测定，P代表装载口袋。（g）CMP-DNA的凝胶相对前（r f）相对于r（0）样品的r f，无ssDNA作为r（x）的函数。（h）CMP-DNA偶联物的体积加权粒子流体动力学大小（D H）作为R（x）的函数。面板F和G中的实线是拟合参数r f lemal = 0.42 dna/nm 2和n = 6.3和r falt = 0.48 dna/nm 2和n = 4.5的山丘方程。比例尺分别在面板（a）和（b）中为50和100 nm。