Abstract

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DNA is a versatile building material for nanoconstruction because of its remarkable molecular-recognition capability and well-predicted duplex conformation. A number of DNA motifs have been engineered, which can assemble into well-defined nanostructures in Mg²⁺-containing buffer solution. XRD studies reveal that the DNA conformation is slightly influenced by divalent cations (such as Mg²⁺ or Ca²⁺). This phenomenon can be utilized in DNA self-assembly for regulating self-assembled DNA nanostructures. As an initial step, a symmetric cross motif forms flat, periodic, 2D lattices in Mg²⁺-containing solutions, but long nanofibers in Ca²⁺-containing solutions. The obtained DNA fibers can serve as templates to fabricate CaCO₃ nanotubes and nanowires.

Flamme und Fluoreszenz: Wasserlösliche, vielfarbig fluoreszierende Kohlenstoffnanopartikel entstehen, wenn Kerzenruß mit Salpetersäure unter Rückfluss erhitzt wird (siehe Bild). Die Ausgangsmaterialien sind einfach zugänglich und billig.

Flame and fluorescence: Water-soluble, multicolor fluorescent carbon nanoparticles are prepared by refluxing candle soot with nitric acid (see picture). The starting materials are easily accessible and inexpensive.

Bigger and bigger. A novel, isothermal DNA detection method has been developed that contains two successive amplifications and integrates both a protein enzyme and a DNA enzyme. The current detection limit is 1 pM.

Über kurz oder lang: Ein kurzes Oligonucleotid wurde so entworfen, dass es mikrometerlange Nanoröhren aufbaut, die bei der Herstellung von metallischen Nanodrähten als Template wirken. Die zentrale Frage lautet: Wie viele DNA-Stränge werden mindestens benötigt, um durch Selbstorganisation definierte DNA-Nanostrukturen zu erhalten?

Off and on. This paper reports a general strategy (strand displacement) to isothermally, individually, and reversibly regulate each DNA enzyme in a multiple-enzyme complex. The graph shows the time course of the codigestion of two substrate strands (S_a and S_b) with the sequential addition of inhibitor (I) and remover (R) strands.

Inching its way forward: A DNA nanodevice is presented which can autonomously and processively move on a well-defined track with a 7-nm step size. The moving principle integrates DNAzyme activity and a strand-displacement strategy, which resembles the behavior of a caterpillar eating its way through a row of plants (see picture).

Strands of gold: Extended one-dimensional arrays of gold nanoparticles up to 4 μm long can be assembled by hybridization between thiolated DNA/nanoparticle 1:1 conjugates and long DNA templates, which were prepared by rolling-circle polymerization (see picture). The linear self-assembled structures could link the nanometric properties of materials with the convenience of micrometric manipulation.

Ein tolles Design: Die DNA-Sequenzsymmetrie als Werkzeug für das Design von DNA-Nanostrukturen lieferte symmetrische DNA-Motive, die sich zu zweidimensionalen Anordnungen bis zu einer Größe von 1 mm selbstorganisieren können (siehe Bild). Die DNA-Anordnungen können als Template für die Erzeugung von Nanostrukturen aus anderen Materialien wie Gold eingesetzt werden.

In Minischritten vorwärts: Beschrieben wird eine DNA-Nanofunktionseinheit, die sich autonom auf einer genau definierten Bahn mit 7 nm großen Schritten vorwärtsbewegen kann. Die Bewegung gelingt durch eine Kombination aus DNAzym-Aktivität und Strangversetzungsstrategie, die dem Verhalten einer Raupe ähnelt, die sich ihren Weg durch eine Pflanzenreihe frisst (siehe Bild).

Goldketten: Lange eindimensionale Anordnungen von Goldnanopartikeln bis 4 μm sind durch Hybridisierung von 1:1-Konjugaten aus thiolierter DNA und Nanopartikeln mit durch Rolling-Circle-Polymerisation erhaltenen langen DNA-Templaten zugänglich (siehe Bild). Die linearen selbstorganisierten Strukturen könnten nanometrische Materialeigenschaften mit der bequemen mikrometrischen Handhabung verknüpfen.

DNA bei der Arbeit: Eine DNA-Nanomaschine wurde konstruiert, deren Mechanismus auf dem Übergang zwischen Duplex- und Triplex-DNA beruht (siehe Bild). Die Schlüsselkomponente ist eine Triplex-DNA, die C⁺GC-Tripletts enthält und nur unter sauren Bedingungen beständig ist. Die DNA-Maschine wird durch H⁺- und OH⁻-Ionen angetrieben, als Abfallprodukte entstehen lediglich H₂O und NaCl.

Das Potenzial wird offengelegt: Bei dem hier beschriebenen Ansatz zur Nanofabrikation mithilfe von DNA-Templaten wurde eine Vielzahl an 1D- und 2D-DNA-Nanostrukturen aufgebaut und anschließend durch Metallabscheidung in Metallnanostrukturen überführt (siehe schematische Darstellung). Die Einfachheit und Flexibilität dieser Technik eröffnet eine Möglichkeit, die Schwächen traditioneller lithographischer Techniken zu überwinden.

„Lebenskraft“: Einem selbständigen DNA-Nanomotor (siehe Bild), der durch ein RNA-spaltendes DNA-Enzym angetrieben wird, liegen dieselben Prinzipien zugrunde wie den Proteinmotoren in Zellen. Der „Treibstoff“ für die mechanischen Bewegungen stammt aus molekularen Substraten, denen chemische Energie entzogen wird. Im Beispiel ist das RNA-Substrat des DNA-Enzyms der Treibstoff für den DNA-Nanomotor.

Making DNA work: A DNA nanomachine with a mechanism based on a DNA duplex–triplex transition (see figure) was constructed. The key component is a DNA triplex that contains C⁺GC triplets and is only stable under acidic conditions. The DNA machine uses H⁺ and OH⁻ ions as fuel and its only waste products are H₂O and NaCl.

Unmasking the potential: A DNA-templated nanofabrication approach is reported in which various 1D and 2D DNA nanostructures were assembled, and then these structures transformed into corresponding metal nanostructures through metal deposition (see schematic representation). The ease and flexibility of this technique offers a route to overcome the inabilities faced by traditional lithographic techniques.

The power of life: An autonomous DNA nanomotor powered by an RNA-cleaving DNA enzyme (see figure) has been constructed that works in the same way as cellular protein motors: it continuously extracts chemical energy from fuel molecules to power mechanical motions. The fuel for the DNA nanomotor is the RNA substrate of the DNA enzyme.