Artificially Controllable Nanodevices Constructed by DNA Origami Technology: Photofunctionalization and Single-Molecule Analysis

در این کتاب، نویسنده عمدتاً به دو موضوع می پردازد: (1) تجسم تک مولکولی از رفتارهای سوئیچینگ در سیستم نانوقاب DNA با استفاده از انواع مختلف سوئیچ های مولکولی از طریق استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا. AFM)؛ (2) ساخت نانوساختارهای DNA قابل کنترل نور در الگوهای برنامه ریزی شده و تجسم مستقیم فرآیند مونتاژ پویا. در اینجا، AFM با سرعت بالا برای مشاهده حرکات دینامیکی تک مولکول ها به کار گرفته شد. در مقایسه با روش سنتی تجزیه و تحلیل تک مولکولی، مانند طیف‌سنجی فلورسانس یا میکروسکوپ الکترونی، AFM با سرعت بالا، مشاهده بی‌درنگ رفتارهای مولکول را ممکن می‌سازد. نانوساختارهای DNA به عنوان داربست برای ترکیب مولکول های زیستی علاقه مند طراحی و مونتاژ شدند. مشاهدات تحت شرایط قوی و بدون پیش درمانی پیچیده انجام شد. علاوه بر این، مولکول‌های پاسخ‌دهنده به نور با موفقیت در نانوساختارهای DNA به اندازه ۱۰۰ نانومتر مونتاژ شدند. مونتاژ/جداسازی نانوساختارها را می توان به صورت برگشت پذیر با تابش نور تنظیم کرد. این کتاب توضیح می دهد که چگونه اوریگامی DNA به تدریج به ابزار مفیدی برای بررسی برهمکنش های بیوشیمیایی در نانوفضای تعریف شده تبدیل شده است. همچنین امکان عملکرد نانوساختارهای DNA به عنوان نانودستگاه برای کاربرد در سیستم‌های بیولوژیکی را نشان می‌دهد و به عنوان مقدمه‌ای برای نانوتکنولوژی پایه DNA عمل می‌کند.

In this book, the author deals mainly with two topics: (1) single-molecule visualization of switching behaviors in the DNA nanoframe system utilizing different kinds of molecular switches through the use of high-speed atomic force microscope (AFM); (2) construction of photocontrollable DNA nanostructures in programmed patterns and direct visualization of the dynamic assembling process. Here, high-speed AFM was employed to observe the dynamic movements of single molecules. Compared to a traditional single-molecule analysis method, such as fluorescence spectroscopy or electron microscopy, high-speed AFM makes possible the real-time observation of molecule behaviors. DNA nanostructures were designed and assembled as scaffolds to incorporate interested biomolecules. The observations were carried out under robust conditions without complicated pretreatment. Moreover, the photoresponsive molecules were successfully assembled into around 100 nm-sized DNA nanostructures. The assembly/disassembly of nanostructures can be regulated reversibly by photoirradiation. This book explains how DNA origami has gradually become a useful tool for the investigation of biochemical interactions in defined nanospace. It also shows the possibility of DNA nanostructures acting as nanodevices for application in biological systems, serving as a good introduction to basic DNA nanotechnology.