Conception, assemblage et vérification d’une Nanostructure de Origami ADN 2D (3 / 9 étapes)

Étape 3: Simulation de CanDo

Une fois que nous avions conçu et visualisé la nanostructure, nous avons voulu simuler l’origami pour vérifier que notre conception était robuste. Origami ADN étant une matière très souple, les séparateurs dans la conception sont utilisés pour rendre la structure plus rigide. Il y a beaucoup de façons différentes de placer les filtres et afin de dire si une structure aura des pièces rigides, nous avons utilisé le CAADA web app pour simuler notre conception.

La forme de solution 3D et la flexibilité des nanostructures de l’ADN sont prédites basée sur l’hypothèse que la réponse mécanique de la double hélice d’ADN est bien approximée par une tige élastique homogène avec axiales, torsion et flexion des modules qui ont été mesurés expérimentalement en utilisant une variété de direct, molécule unique, ainsi que des techniques ensemble [8]. Double brin véhicules multisegments sont modélisés sous forme de liens rigides reliant les hélices voisines qui sont initialement positionnés sur un nid d’abeilles ou le réseau carré, fournissant des contraintes internes qui déforment l’ADN de sa conformation droite, bâtonnet de formes complexes comme indiqué en détail en [4, 7-8]. Le modèle tient compte également de l’effet de l’épine dorsale des entailles dans les brins d’ADN, élasticité entropique d’ADN simple brin, utilisé pour la conception, par exemple, des structures de tenségrité [10] et croisements éloignés pour structures de modèles filaires [4]. Chacune de ces fonctionnalités de modèle est approximative, cependant et par conséquent reste un sujet de recherche active. Computational prédiction des formes déformées de l’ADN est effectuée à l’aide de la méthode des éléments finis implémenté dans le logiciel commercial ADINA (ADINA R & D, Inc.), qui est une technique numérique bien établie pour l’analyse de la mécanique des structures complexe et dynamique [11]. Les fluctuations thermiquement induite des nanostructures de l’ADN sont calculées en utilisant le théorème d’équipartition de mécanique statistique et analyse en mode normal, comme indiqué pour les protéines [12-13]. Modèles atomiques des nanostructures de l’ADN sont générés à partir des formes de solution 3D et les fluctuations thermiques, comme indiqué pour la conception des nanodispositifs lumière [14], les moules de coulée d’ADN des structures inorganiques [15] et exempt de treillis des structures de l’ADN [16].

Les fichiers cadnano qui en résultent ont été téléchargées à CanDo pour corps plein de simulation avec les paramètres suivants.

CanDo retourné corps plein de simulations avec une gamme de déplacement final d’entre 1,6 et 6,2 nanomètres. La simulation a été illustrée par les figures et les films. Dans les premières itérations de ce design, la gamme de déplacement dépassé ~ 50 nanomètres (rappelons que les hélices de l’ADN sont environ 2 nanomètres de diamètre, et la conception entière ici consiste à 120nm haut et 60nm large à la jointure du A). Ceci a été réduit considérablement en itérant le placement des filtres, et nos simulations de CanDo résultantes démontrent qu’aucune hélice unique ou la petite sous-unité hélicoïdale n’affiche de grands déplacements. D’un point de vue qualitatif, une grande torsion globale est placée sur la structure, mais les résultats de Rothemund suivant, les résultats expérimentaux sont censés rester à plat sur une surface de mica sur AFM.

• aNANO_2D_6_29_CanDo_Movies.zip
• aNANO_2D_6_29_CanDo_Data.zip