JP2010505419A - Dnaによって導かれたナノ粒子凝集 - Google Patents
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Abstract
Description
これらの核酸機能化システムが、より精巧な検出およびより複雑化の底上げ構造を可能にするため、その凝集動態の調整のためのプロトコールが有益である。加えて、かかる凝集を仕立てる能力ならびに環境的に良性の条件、すなわち水溶液のもと、実験を行う能力は、分野に非常に有益である。
長距離秩序(long-range order)を有する構造へのナノ粒子の自己凝集は、粒子サイズに関する粒子間のポテンシャルおよびその範囲の形態ならびに凝集動態のコントロールによって決まる。ナノ粒子の凝集を媒介するためのDNAの使用によって、これらのパラメータの質的調整が可能になり得る。DNAハイブリダイゼーションの接着エネルギーとDNA鎖の相互作用によって提供される立体反発との間のバランスは、長距離秩序化の形成および秩序相の多様性において役割を担い得る。このアプローチの実験的履行によって、システム凝集の動態およびオフセットを制御する粒子間の浸透圧の広範囲を提供する一本鎖DNA(ssDNA)の能力が示されている。これらの計算と研究にも拘わらず、DNA媒介ナノ粒子凝集における長距離秩序化は未だ観察されていない。
ナノ粒子合成:
金ナノ粒子(Au、9.6±0.6nm)を、わずかに改変したクエン酸塩(Cit)の還元法によって合成した。簡単には、熟成した1mM HAuCl4を、30分間、約95℃まで加熱した。この溶液に対し、温めた38mMクエン酸三ナトリウム溶液(10ml)を1アリコート加えた。最初の色が赤に変化したら、次いで溶液をすぐに約80℃まで冷却し、2時間アニールした。次いでサンプルを、一晩攪拌しながら室温まで自然放冷した。次いで溶液を遠心分離(30分間、7,000RPM)で精製し、光から保護して所望の濃度で貯蔵した。典型的な実験において、Au粒子のサイズは、沸騰時間が長くなるにつれて増大した。Au濃度は、測定した吸光係数の1.0×108L mole−1cm−1を介して算出した。
チオール機能化一本鎖オリゴヌクレオチドのタイプ1(1 = 5'- TAC TTC CAA TCC AAT-(T)15-C3H6-SH-3')およびタイプ2(2 = 5'- ATT GGA TTG GAA GTA-(T)15-C3H6-SH-3')を、ジスルフィドとしてIDT, Inc.から購入した。典型的な実験において、サンプルは、最初に、凍結溶解したサンプル(200〜300ナノモル)を、30分間、精製水またはバッファー中、0.3mlの100mMジチオールスレイトール(DTT)溶液に溶解することによって還元した。次いで、サンプルを新たに調製した架橋されたデキストランゲル(Sephadex(登録商標))カラムにロードし、2.5mlの10mMリン酸バッファー(pH7.0)で溶出した。オリゴヌクレオチド濃度は、特定の吸光係数でUV−Vis分析を用いて定量した。タイプ1およびタイプ2のssDNAに対する3’−チオール修飾は、モデル研究として選択したが、5’−チオール修飾もまた用いることができる。5’−チオール修飾(HSC6H12−ssDNA)リンカー配列によって、3’−チオール修飾(HSC3H6−ssDNA)と比較した場合、ゲル電気泳動測定を用いて、金ナノ粒子の表面密度を増大させ得ることが最近明らかになった。15塩基(15b)ポリdTスペーサは、サンプルの安定性および被覆(coverage)を改善するため、金インターフェースに対する低い配位が知られているため選択した。
本研究において、1−Auおよび2−Auの間の凝集(図2Aのsys−VII)は、攪拌しながら、等体積(200μl)の1−Auおよび2−Auを等濃度([Au]=4.5〜7.5nM)で組み合わせることによって行った。sys−VIII(図2B)において、1−Auおよび2−Au前駆体の同一のスペーサセグメントを、0.3M PBSにモル比500:1で、15塩基オリゴ−dAによって最初にハイブリダイズした。この比率は、nがナノ粒子あたり約50の場合、表面結合1または2のおよそ10倍過剰であることを考慮している。サンプルを一晩インキュベートし、dsDNAスペーサセグメントを形成し、1*−Auおよび2*−Auを得て、上記のように複数の遠心分離とバッファーでの洗浄によって、過剰なオリゴ−dAを精製した。どのぐらいの量の利用可能なオリゴ−dTスペーサ配列が、この過剰濃度のオリゴ−dAによってハイブリダイズするかは、現在、決定されていない。最近の熱力学的調査によって、ナノ粒子表面での不飽和のハイブリダイゼーションが一般的であることが示されている。しかしながら、動的光散乱(DLS)測定が理想的なモデルに近接したDNAキャッピングの厚さの値を明らかにするので、おそらくスペーサ配列の多くの割合でハイブリダイズしている。比較目的のため、sys−VIIIの凝集は、常に、通常の実験室での誤差パラメータ内で、同一のAuサイズ、DNA被覆、溶液条件および濃度で行った。
Abs=Abs0exp(−((t−t0)/τ)n)
(式中、tは、凝集時間であり、t0は、反応開始時間であり、τは、反応速度および会合体形状に依存する特定時間であり、nは、会合体の成長の物理的メカニズムに依存するAvrami指数である)のようにパラメータ化することができる。上記のとおり、この記載が、吸光に影響する種々の因子を分離しない一方、観察された効果の合理的な記載を提供する。図4Cにおける動態プロットをフィッティングすることによって、本発明者らは、sys−VIIおよびsys−VIIIの夫々に対し、τが568分および328分、nが2.2および2.4であることを決定した。sys−VIIIのτの減少は、増大した凝集速度を示し、その一方で、nの大きさは一定でない反応速度を示唆し、これは成長した会合体の拡散の制限された成長および合体に起因することが可能である。τの大きさは、Au濃度並びにDNA表面密度に影響されるが、しかしながら、sys−VIII>sys−VIIのような動態の傾向は、常に観察された。ssDNAおよびdsDNAキャッピングの等量の混合物を用いた場合、中間体のτが492分であることが観察されることが着目されて興味深い。
T1=T1 C、約6nm
(式中、T1 Cは、ミミズ鎖モデル(worm-like chain model)として記載される30塩基ランダムコイルオリゴヌクレオチドの両端間距離(end-to-end distance)である)としてモデル化した。sys−VIIIにおけるナノ粒子のT(T2)は、
T2=T2 R+T2 C、約9nm
(式中、T2 Rは、剛性dsDNA15塩基対スペーサセグメントの長さであり、T2 Cは、残りの15塩基オリゴヌクレオチドの両端間距離である)としてモデル化した。この近似から、本発明者らは、sys−VIII対sys−VIIにおいて、単離されたナノ粒子に対し、約3nmのTの増大を期待することができる。
ナノ粒子インターフェイスでのDNAキャッピングの厚さ(T)を概算するため、本発明者らは、DNAの平均二乗両端間距離(mean square end-to-end distances)(<R2>)を概算した。ssDNAキャッピングの場合、厚さ(T)は、T1=T1 C、約6nmと概算され、ここで、T1 Cは、
研究したシステムの間の凝集動態における差異の定量は、核形成の成長に対するAvramiの法則を用いた動態プロットによって記述し得る。この記述において、DNA機能化ナノ粒子の会合体の等方的成長は、体積フラクション
χ=1−exp(−((t−t0)/τ)n)
(式中、tは、時間であり、t0は、反応開始時間であり、τは、反応速度および会合体形状に依存する特定時間であり、nは、会合体の成長の物理的メカニズムに依存するAvrami指数である)を備えた新たな変換相の形成が導かれる等温反応である。したがって、525nmでの吸光が、主として個々の粒子および比較的小さな粒子クラスタ(数百個未満のAu粒子)に起因することができ、吸光度Aおよび粒子もしくは小さなクラスタの定数Cとの間の比例、すなわち動的プロットは、
A=A0exp(−((t−t0)/τ)n)
(式中、A0は、Cと直接関連する)
として、パラメータ化することができる。このパラメータ化が、吸光に影響を与える種々の因子を分けない一方、前記のとおり、観察された結果の合理的な記述を提供する。
この例における測定は、次の器械類を用いて行った。この詳細は、任意の特別な製造者への注意書きのためより、具体的な例を用いることによって提示された明瞭さのために提供され、同様の能力の任意の器械類が用いられ得る。
UV−Visスペクトルは、Perkin-Elmer Lambda 35 spectrometer(200〜900nm)で収集した。融解分析は、Perkin-Elmer PTP-I Peltier Temperature Programmerとともに行い、攪拌しながら、20℃〜75℃の間を1℃/分の温度傾斜で行った。
TEM写真図は、120kVで操作したJEOL-1300顕微鏡で収集した。サンプルは、炭素被覆した銅グリッドの上へ、ナノ粒子または凝集の水溶液を滴下し、続いて、5分後にろ紙で過剰な溶液をゆっくりと除去して調製した。
HRTEM写真図は、ブルックヘブン国立研究所(Brookhaven National Laboratory Center)の機能性ナノマテリアル電子顕微鏡施設(Functional Nanomaterials Electron Microscopy Facility)で、400kVで操作されたJEOL-4000 EX顕微鏡で収集した。サンプルは、炭素被覆した銅グリッドの上へ、水溶液を滴下し、続いて、5分後にろ紙で過剰な溶液をゆっくりと除去して調製した。
DLSの結果は、Malvern Zetasizer ZS装置を用いて測定した。該装置は、633nmレーザー源および173°での後方散乱検出器を装備している。データは、CONTIN法を用いて分析した。
インサイチュでのSAXS実験は、National Synchrotron Light Source (NSLS) X-22Bビームラインで行った。散乱データは、CCD領域検出器で収集し、散乱のIDプロファイルは、強度対散乱ベクトル
q=[(4πn/λ0)/sin(θ/2)]
(式中、夫々、nは、媒体の屈折率であり、λ0は、投射したX線の波長であり、θは、散乱角である)で表した。粒子間の空間dは、
d=2π/q
で計算した。qの値は、ベヘン酸銀(q=0.1076Å−1)に対して較正した。SAXSの結果は、DNA媒介凝集に対して収集した。十分な沈殿および0.3MのPBSバッファー液に分散した後のサンプルを、次いで50℃でアニーリングし、熱力学的に安定した会合体を得た。サンプルは温度制御下のホルダーにおいて石英のキャピラリの中に含めた。
凝集動態は、ナノ粒子が1つ以上のタイプのssDNAで機能化された場合、より劇的に増強された。図3は、相補タイプ1(A、A’、*Aおよび*A’)のssDNAと、中性、ハイブリダイズしない鎖のタイプ3(Cおよび*C)(3=5'- TTC TCT ACA CTG TCT-(T)15-C3H6-SH-3')の両方を有するシステムの模式図を示す。タイプ1(またはタイプ2)およびタイプ3の間の割合は、機能化方法を介して制御することができる。
ナノ粒子合成およびDNA機能化:
金ナノ粒子(Au、11.4±1.0nm)を、最初、mMのHAuCl4溶液を約95℃で30分間加熱することによって合成した。この溶液に対し、温めた(約40℃)38mMクエン酸三ナトリウム溶液の10mlのアリコートを加え、数分間反応させた。最初の色が赤に変わると、溶液を直ぐに約80℃に冷却し、2時間アニールした。サンプルを室温に放冷し、一晩放置した。次いで、溶液を、遠心分離(30分、4,500g)によって精製し、所望の濃度で暗所に貯蔵した。
DNA媒介で凝集した会合体からなるサンプルを、以下の文献に記載の方法で調製した。各システムにおいて、凝集は、10mMリン酸バッファー、0.2M NaCl、pH=7.1の200μLの溶液中、タイプAおよびタイプBのDNAキャップされたAuの等モル量([A]=[B]=約30nM)の組合せによって、25℃で行った。会合体は、一晩凝集させ、得られた沈殿を集め、バッファー中、およそ1.0mmの直径の石英キャピラリーに移した。キャピラリーは、ワックスでシールし、蒸散を防いだ。
SAXS実験は、インサイチュで、National Synchrotron Light Source(NSLS)のX-21ビームラインで行った。散乱データは、MAR CCD領域検出器で収集し、一次元(1D)散乱強度対散乱ベクトル
q=(4π/λ)sin(θ/2)
(式中、λ=1.5498Åは投射したX線の波長であり、θは散乱角である)
を測定した。データは、構造因子S(q)対qで示される。qの値は、ベヘン酸銀(q=0.1076A−1)標品で較正した。S(q)は、Ia(q)/Ip(q)として計算され、式中、Ia(q)およびIp(q)は、夫々、考慮したシステムおよび会合していないAuに対するCCDイメージの平均化した角度によって抽出されたバックグラントを補正した1D散乱強度である。S(q)におけるピーク位置は、データに対するLorenzian形態をフィッティングすることによって決定される。
UV−Visスペクトルは、Perkin-Elmer Lambda 35 spectrometer(200−1100nm)で収集した。融解分析は、Perkin-Elmer PTP-I Peltier Temperature Programmerとともに行い、10mMリン酸バッファー、0.20M NaCl、pH=7.1のバッファー溶液中、攪拌しながら、20℃〜75℃の間を1℃/分の温度傾斜で行った。
d=2π/q1
に対応する。システムI(92)、II(94)、V(100)およびVI(102)に対し、約28℃で観察された空間(dI=15.6、dII=19.4、dV=17.9、dVI=27.8nm)は、粒子間のDNA結合の両端間距離に対するミミズ鎖モデルによって概算された理想的システムよりも短い。システムIII(96)は、モデルのdよりも約1nm長いdを示し、一方、約23.5nmのdを有するシステムIV(98)は、モデルと最も近い値が得られた。DNAの非単軸(non-uniaxial)のハイブリダイゼーションおよび局所のハイブリダイゼーションの欠陥は、理想化された場合と比較した、かかるdの変動の原因となるかも知れず、結果として最初の凝集の後、粒子が室温での非平衡状態で停止することとなる。かかる場合において、アニーリングは、システムを熱力学平衡にするのに有利であり得る。
qX/q1=√l:√2:√3:√4:√5:√6:√7
であり、これはIm’3mスペース基、図10に示されるような体心立方(bcc)構造
に対応することが明らかになった。S(q)におけるピークの高さもまた、bcc配置に対して予測された相対強度に質的に追従する。構造について対応する格子定数(a)は、57℃で約37.5nmであり、30℃まで冷却した後、約34.8nmであって、これは、第一の配位殻において粒子の核の間の21.1nmおよび18.7nmの表面−表面距離に相当する。この構造は、全く開放的であり、構造の体積の約3〜4%だけがナノ粒子によって占有され、他の4〜5%がDNAによって占有されている。したがって、凝集された構造の体積の約90%以上が、溶媒分子によって占有され、それは、bcc配向におけるパックされた剛体球における約32%の典型的な空虚な空間よりもはるかに高い。
ポリスチレン粒子の表面修飾:
30〜200塩基の範囲の塩基を有する一本鎖の3’−一級アミン修飾ssDNAを、カルボキシル化されたポリスチレンコロイド球体(1.9μm)の上にグラフトした。典型的な修飾において、0.15wt%の粒子を懸濁し、100mMイミダゾールバッファー(pH7.0)中、15μM DNA溶液で、3時間、50℃で、100mM EDACの存在下でインキュベートした。修飾した粒子は、0.5%SDS溶液中、連続した遠心分離(800g、6分)で3回洗浄し、上清を取り換えた。次いで同様に、熱い(60℃)脱イオン水で3回洗浄し、10mMリン酸バッファー(pH7.7)に再分散し、40℃で貯蔵した。
fN=[N]/([N]+[L])
によって制御される。DNA機能化は、金ナノ粒子の場合と同様に行った。DNA表面密度は、蛍光測定によって定量され、およそ10nm2あたり0.3鎖、または、1マイクロ粒子あたり約300,000の総ssDNA鎖であった。
ラテックス粒子の表面修飾:
約1.9μmのラテックス球体を調製し、続いて、それらの表面を、ポリスチレンマイクロ粒子に対するのと同じ工程で修飾した。表面の非相補DNAの数fNは、再度、グラフト工程において用いた[L]および[N]のDNA濃度の割合の変化
fN=[N]/([N]+[L])
によって制御される。DNA機能化は、金ナノ粒子の場合と同様に行った。DNA表面密度は、蛍光測定によって定量した。
金ナノ粒子(AuNP)合成:
簡単には、1mM HAuCl4水溶液を15〜30分間沸騰するように加熱した。次いで、38mMの濃度の10mLのクエン酸三ナトリウム溶液を1アリコートの溶液に添加した。最初の色が赤に変わったら、溶液を直ちにH2Oで急冷し、室温まで放冷した。溶液を貯蔵し、光から保護した。Au濃度は、1.0×108Lmole−1cm−1の吸光係数を介して計算した。
典型的には、ジスルフィドとして購入した(IDT Inc.から)チオール機能化一本鎖オリゴヌクレオチド(ssDNA−AおよびssDNA−B、配列は下記参照)を、最初に、ジチオールスレイトール(DTT)水溶液で還元し、続いて、新たに精製した架橋したデキストランゲルカラム(G-25, Amersham Bioscience)において、リン酸バッファー(pH=7.0)で溶出した。DNAを、特定のDNA吸光係数でUV−Vis分析を用いて定量した。合成したAuナノ粒子(AuNP)は、次いで、既に記載したように、ssDNA−AまたはssDNA−Bで機能化した。洗浄プロセスは、典型的には、少なくとも3回繰り返した。最終的なssDNA−AuNPは、0.3M PBSに分散した。各AuNPに結合したssDNA数は、約50個と概算した。
この例における測定は、次の器械類を用いて行った。この詳細は、任意の特別な製造者への注意書きのためより、具体的な例を用いることによって提示された明瞭さのために提供され、同様の能力の任意の器械類が用いられ得る。
TEM実験は、120kVで操作したJEOL-1300顕微鏡で行った。サンプルは、炭素被覆した銅グリッドの上へ溶液を滴下し、次いで、過剰な溶液を除去して調製した。
サンプルを洗浄したシリコン基板上に置き、典型的には1kVの電圧および10μAの放出電流で、Hitachi S-4800 Scanning Electron Microscopeを用いて測定した。
SAXS実験は、National Synchrotron Light Source (NSLS) X-21ビームラインで行った。バッファー溶液中のサンプルは、石英キャピラリーチューブに入れた。温度コントローラは、±0.01℃の正確さと高温における約0.2℃のオーバーシュート(overshoot)を有している。散乱データは、各温度で、10分間の平衡の後、CCD領域検出器で収集した。散乱ベクトルqは、ベヘン酸銀を用いて較正した。
DLSの測定は、Malvern Zetasizer ZS装置で処理した。該装置は、633nmレーザー源および173°での後方散乱検出器を装備している。データは、CONTIN法を用いて分析した。
UV−Visスペクトルは、Perkin-Elmer Lambda 35 spectrometer(200〜900nm)において収集した。
Claims (49)
- 第一の核酸配列で機能化された第一のタイプの粒子であって、第一の配列が、結合核酸の一本鎖セグメントおよび中性核酸のセグメントを含む前記粒子と、
第二の核酸配列で機能化された第二のタイプの粒子であって、第二の配列が、結合核酸の一本鎖セグメントおよび中性核酸のセグメントを含む前記粒子とを含む粒子凝集体であって、
第一および第二のタイプの粒子は、第一および第二の核酸配列の結合セグメントに沿って形成される二本鎖核酸のリンカーで結合し、結合した粒子は、会合して粒子凝集体を形成し、および
粒子凝集体が長距離結晶性秩序を示す、
前記粒子凝集体。 - 第一の核酸配列が、RNAおよびPNAからなる群から選択される核酸を含む、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一および第二の核酸配列がDNAを含む、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一および第二のDNA配列の結合セグメントが、相互に相補的であり、リンカーが、第二のDNA配列の結合セグメントとハイブリダイズする第一のDNA配列の結合セグメントを含む、請求項3に記載の粒子凝集体。
- リンカーが、第一のDNA配列の結合セグメントおよび第二のDNA配列の結合セグメントをハイブリダイズする第三の核酸配列を含む、請求項3に記載の粒子凝集体。
- リンカーが、さらに、中性核酸の配列を含む、請求項5に記載の粒子凝集体。
- 第一および第二のタイプの粒子が、相互に相補的でない一本鎖DNAで機能化され、ここで該機能化されたDNA配列が夫々、フレキシブルな複数の塩基のスペーサを含み、ここで該スペーサが、少なくとも5塩基のポリ−T DNAを含み、かつ
リンカーの中性配列が少なくとも5塩基の一本鎖ポリ−T DNAを含む、請求項6に記載の粒子凝集体。 - 長距離結晶性秩序が、約10粒子間間隔を超えて広がる、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 長距離結晶性秩序が、三次元である、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 中性核酸の少なくとも1つのセグメントが、二本鎖である、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一および第二のタイプの粒子が、異なる組成を有する、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一のタイプの粒子が、約0.1から約100マイクロメートルの大きさを有するマイクロオブジェクトを含む、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一のタイプの粒子が、約1から約100ナノメートルの大きさを有するナノオブジェクトを含む、請求項1に記載の粒子凝集体。
- 第一のタイプのナノオブジェクトが、金属、半導体、誘電性および磁性からなる群から選択される特性を有する、請求項13に記載の粒子凝集体。
- 第一のタイプのナノオブジェクトが、金ナノオブジェクトである、請求項14に記載の粒子凝集体。
- 第三の核酸配列で機能化した第三のタイプのナノオブジェクトであって、第三の配列が結合核酸の一本鎖セグメントおよび中性核酸のセグメントを含む前記ナノオブジェクトをさらに含み、かつ
第一および第三のタイプの粒子は、第一および第三の核酸配列の結合セグメントに沿って形成された二本鎖核酸のリンカーによって結合されている、
請求項13に記載の粒子凝集体。 - リンカーが、約10から約200塩基対の配列を含み、
第一の核酸配列の中性セグメントが、約3から約200塩基を含む一本鎖DNAスペーサ領域を含み、および、
第二の核酸配列の中性セグメントが、約3から約200塩基を含む一本鎖DNAスペーサ領域を含む、請求項13に記載の粒子凝集体。 - リンカーDNAが、15塩基対を含み、第一の配列の一本鎖DNAスペーサ領域が、35塩基を含み、および、第二の配列の一本鎖DNAスペーサ領域が、35塩基を含む、請求項17に記載の粒子凝集体。
- 粒子凝集の特性を制御する方法であって、
第一の結合領域および第一の中性領域を有する第一の核酸配列で第一種の粒子をキャップすること、
第二の結合領域および第二の中性領域を有する第二の核酸配列で第二種の粒子をキャップすること、
第一および第二の核酸配列の間の結合を形成すること、
核酸キャップされた粒子の結合した種の凝集体を作ること、
夫々の核酸配列の第一および第二の結合領域の長さおよび第一および第二の中性領域の長さを規定することによって、凝集体の特性を制御すること、
を含む、前記方法。 - 第一の核酸配列が、RNAまたはPNAの配列を含む、請求項19に記載の方法。
- 第一の核酸配列が、DNAの配列を含む、請求項19に記載の方法。
- 結合を形成することが、第一の核酸配列の第一の結合領域と、第三の核酸配列の第一の結合領域とをハイブリダイズすること、および、
第二の核酸配列の第二の結合領域と、第三の核酸配列の第二の結合領域とをハイブリダイズすること、を含む、請求項19に記載の方法。 - 結合を形成することが、第一の核酸配列の第一の結合領域と、第二の核酸配列の第二の結合領域とをハイブリダイズすることを含む、請求項19に記載の方法。
- 相互作用しない核酸の配列で第三種の粒子をキャップすることをさらに含み、ここで第三種の粒子をキャップする相互作用しない核酸配列の濃度は約95%未満である、請求項19に記載の方法。
- 凝集体の特性を制御することが、第一種および第二種の粒子の間の結合数を制御することを含む、請求項19に記載の方法。
- 凝集体の特性を制御することが、凝集体の融解温度を制御することを含む、請求項19に記載の方法。
- 凝集体の特性を制御することが、粒子の間の粒子間距離を制御することを含む、請求項19に記載の方法。
- 凝集体の特性を制御することが、凝集体の凝集率を制御することを含む、請求項19に記載の方法。
- 凝集体の特性を制御することが、凝集体の形態を制御することを含む、請求項19に記載の方法。
- 粒子が、ナノオブジェクトであり、
凝集体の形態を制御することが、長距離三次元結晶性秩序を示す凝集体を形成することを含む、請求項29に記載の方法。 - 長距離三次元結晶性秩序を示す凝集体を形成することが、アニールしていない凝集体を、その融解温度より低い温度でアニールすること、アニールした凝集体を、その融解温度より高い温度に加熱すること、および融解した凝集体を、その融解温度より低い温度に冷却して、長距離三次元結晶性秩序を示す凝集体を形成することを含む、請求項30に記載の方法。
- メタ材料を構築する方法であって、
第一のタイプの複数の粒子を第一の核酸配列で機能化すること、
第二のタイプの複数の粒子を第二の核酸配列で機能化すること、
第一の核酸配列が、少なくとも3つの一本鎖塩基の第一の群を含み、第一の群が第一の結合領域を形成し、
第二の核酸配列が、少なくとも3つの一本鎖塩基の第二の群を含み、第二の群が第二の結合領域を形成し、
第一の核酸配列が、少なくとも1つの中性領域を形成する、第二の核酸配列の複数の塩基と相補的でない核酸の第一の領域を含み、
第一の核酸配列を、第一の群の塩基に相補的な塩基の群と、第一の結合領域に沿ってハイブリダイズすること、
第二の核酸配列を、第二の群の塩基に相補的な塩基の群と、第二の結合領域に沿ってハイブリダイズすること、
ここで第一および第二のタイプの機能化した粒子は、それらの夫々のDNAの機能化配列がハイブリダイズした領域で結合している、
第一および第二のタイプの機能化され、結合した粒子に凝集体を形成させること、
凝集体をアニーリングすること、
凝集体を融解すること、および
融解した凝集体をその融解温度よりも低い温度に冷却してメタ材料を形成すること、ここでメタ材料が長距離三次元結晶性秩序を示す、
を含む、前記方法 - 第一の核酸配列が、DNAの配列およびRNAの配列からなる群から選択される、請求項32に記載の方法。
- 結合した粒子に凝集体を形成させることが、結合した粒子に自己凝集させることを含む、請求項32に記載の方法。
- 第一および第二のタイプの粒子が、ナノメートルのオーダーの大きさを有するナノオブジェクトである、請求項32に記載の方法。
- 長距離三次元結晶性秩序を示すバイオインスパイアされたメタ材料を含み、ここで、メタ材料は、タイプ1および2の複数のナノオブジェクトを含み、タイプ1のナノオブジェクトは、結合領域および中性領域を含む第一の核酸配列で機能化され、タイプ2のナノオブジェクトは、結合領域および中性領域を含む第二の核酸配列で機能化され、機能化されたナノオブジェクトは、それらの夫々の結合領域のハイブリダイゼーションで結合され、結合されたナノオブジェクトは、非最密結晶構造に凝集する、プラズモニック結晶。
- タイプ1および2のナノオブジェクトの結合領域が相互作用せず、
機能化されたナノオブジェクトが、第三の核酸配列の第一および第二の認識領域と、それらの夫々の結合領域のハイブリダイゼーションによって結合され、
第一の認識領域が、タイプ1のナノオブジェクトの結合領域と相補的であり、
第二の認識領域が、タイプ2のナノオブジェクトの結合領域と相補的である、請求項36に記載のプラズモニック結晶。 - 第一および第二の核酸配列が、PNAの配列を含む、請求項36に記載のプラズモニック結晶。
- 第一および第二の核酸配列が、DNAの配列、RNAの配列、並びに、RNAの配列とDNAの配列からなる群から選択される、請求項36に記載のプラズモニック結晶。
- メタ材料が、体心立方結晶構造を有する、請求項36に記載のプラズモニック結晶。
- 機能化されたナノオブジェクトが、結晶体積の約10%未満を占める、請求項36に記載のプラズモニック結晶。
- 結合セクションおよび中性セクションを含む核酸配列で夫々機能化された2つのタイプのナノオブジェクトを含むナノ粒子凝集を含む触媒であって、凝集が長距離結晶性秩序を示し、長距離結晶性秩序が、非最密結晶構造を有する結晶を含み、ナノ粒子凝集が、化学反応を触媒するように作動可能である、前記触媒。
- 機能化したナノオブジェクトが、結晶の総体積の10%未満を占有している、請求項42に記載の触媒。
- 非最密結晶構造が、体心立方結晶構造である、請求項42に記載の触媒。
- ナノ粒子凝集が、さらに第三のタイプのナノオブジェクトを含む、請求項42に記載の触媒。
- 第三のタイプのナノオブジェクトが、相互作用しない核酸の配列で機能化され、ここで、第三のタイプのナノオブジェクトを機能化する相互作用しない核酸配列の濃度が、約95%未満である、請求項45に記載の触媒。
- 核酸配列が、PNAの配列、DNAの配列、RNAの配列、並びに、DNAの配列とRNAの配列からなる群から選択される、請求項42に記載の触媒。
- RNAの配列が、化学反応を触媒するように作動可能である、請求項47に記載の触媒。
- ナノ粒子凝集が、ナノ粒子凝集の表面に吸着される無機材料をさらに含み、無機材料が化学反応を触媒するように作動可能である、請求項42に記載の触媒。
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