Reversible Selbstassemblierung von Nukleinsäuren in einer diffusiophoretischen Falle

Abstract

AbstractDie Bildung und Dissoziation von Duplexen oder komplexeren Strukturen aus Nukleinsäuresträngen ist ein fundamentaler Prozess mit vielfältigen Anwendungen in Biochemie und Nanotechnologie. Hier führen wir ein einfaches experimentelles System – eine diffusiophoretische Falle – für die Nichtgleichgewichts‐Selbstassemblierung von Nukleinsäurestrukturen ein, das einen Elektrolytgradienten als Antrieb nutzt. DNA‐Stränge können durch Diffusiophorese im elektrischen Feld eines Elektrolytgradienten bis zu hundertfach konzentriert werden. Geeignete Elektrolyte für diese diffusiophoretische Falle können mit Hilfe einer einfachen Gleichung bestimmt werden. Experimente mit carboxylierten Siliziumdioxidpartikeln zeigen, dass die diffusiophoretische Kraft langreichweitig und über hunderte von Mikrometern wirksam ist. Als Anwendung untersuchen wir die reversible Selbstassemblierung verzweigter DNA‐Nanostrukturen in der Falle zu einem makroskopischen Gel. Die Strukturen assemblieren in Anwesenheit eines Elektrolytgradienten und lösen sich bei dessen Entfernung wieder auf, was eine prototypische adaptive Reaktion auf einen makroskopischen Nichtgleichgewichtszustand darstellt.DiffusiophoreseDNA‐NanosterneSelbstorganisationDNA‐StrukturenNichtgleichgewichtsprozesse