Selbstregeneration und Selbstheilung in DNA‐Origami‐Nanostrukturen

Abstract

DNA‐Nanotechnologie und Fortschritte in der DNA‐Origami‐Technik haben das einfache Design und die Synthese komplexer und funktioneller Nanostrukturen ermöglicht. Jedoch sind molekulare Geräte aufgrund des hohen Anteils von Oberflächenatomen und der komplexen Einsatzbedingungen im Nanomaßstab anfällig für eine schnelle funktionelle und strukturelle Degradierung. Neben Stabilisierungsmechanismen sind Ansätze zur Selbstreparatur funktioneller molekularer Geräte wünschenswert. Hier nutzen wir die selbst‐assemblierenden und rekonfigurierbaren Eigenschaften von DNA‐Origami‐Nanostrukturen für die Selbstreparatur von photoinduzierten und enzymatischen Schäden aus. Wir geben Beispiele für die Reparatur von DNA‐Nanostrukturen, die den Unterschied zwischen unspezifischer Selbstregeneration und schadensspezifischer Selbstheilung aufzeigen. Anhand von DNA‐Origami‐Nanolinealen, die mit Rasterkraftmikroskopie und DNA‐PAINT‐Superauflösungs‐Mikroskopie untersucht wurden, demonstrieren wir die quantitative Aufrechterhaltung der Fluoreszenzeigenschaften mit direktem Potenzial zur Verbesserung nanoskaliger Kalibrierproben.

Bleaching‐resistant, Near‐continuous Single‐molecule Fluorescence and FRET Based on Fluorogenic and Transient DNA Binding

“…In DNA‐PAINT, photo‐destruction of docking strands has been reported; however, DNA‐PAINT uses 10–25‐fold higher laser powers than in our experiments [42] . Additionally, DNA‐PAINT experiments are often performed without photo‐stabilisation, which both preserves fluorescent dyes and prevents damage to DNA structures (such as docking sites or r‐labels) [20] . Consistent with this, we have observed only a few traces (<5 %) which permanently enter a dark state after some time (or show significant reduced on‐times).…”

“…Exchanging bleached fluorescent labels with fresh ones has been explored for self‐healing and regeneration of DNA nanostructures, [20] where an incubation with fresh “staple” strands repaired the effects of photo‐damage to fluorescently labelled staples. Further, transiently binding fluorophores have been used to study targets for extended periods, especially in single‐molecule localisation microscopy (SMLM), with an early example being the method of Points Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography (PAINT) [21] .…”

DNA Manipulation and Single-Molecule Imaging

“…DNA nanostructures with single binding sites spaced 5 nm apart were observed as the “MPI” and “LMU” logos [ 204 ]. Thus, DNA-PAINT has provided new insight into the design analysis of DNA-origami nanostructures [ 205 , 206 , 207 , 208 , 209 ].…”