通过模型驱动实验逆向设计 DNA 折纸烧绿石晶格
软凝聚态物质
2024-05-21 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
统计力学
计算物理
摘要
精巧的统计力学方法与人类直觉已展示出自组装复杂晶格或有限尺寸构筑体的可能性，但大多仅在计算机模拟中成功。所提策略常因与动力学减慢（凝胶化、玻璃化转变）相关的不可预测陷阱以及竞争有序结构而在实验中失败。理论预测面临的另一挑战是，以当前可用的纳米与微米级粒子库难以编码所需的粒子间相互作用势。为克服这些问题，我们将 SAT-assembly——一种基于约束优化求解器的斑块粒子相互作用设计算法——与 DNA 纳米技术的粗粒化模拟相结合，从而在实验中实现无陷阱自组装路径。作为概念验证，我们研究了烧绿石（亦称 tetrastack）晶格的组装，这是一种因在构建光学超材料方面的前景而备受青睐的三维晶体晶格。我们通过 SAXS 以及对硅涂层晶格的 SEM 可视化，以两种不同斑块 DNA 折纸设计确认了成功组装。我们的方法提供了一条通用建模流水线：从计算机内设计的斑块粒子出发，终至自组装为所需结构的线框 DNA 折纸。
引用
@article{arxiv.2310.10995,
title = {Inverse design of a pyrochlore lattice of DNA origami through model-driven experiments},
author = {Hao Liu and Michael Matthies and John Russo and Lorenzo Rovigatti and Raghu Pradeep Narayanan and Thong Diep and Daniel McKeen and Oleg Gang and Nicholas Stephanopoulos and Francesco Sciortino and Hao Yan and Flavio Romano and Petr Šulc},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.10995},
year = {2024}
}
备注
main text: 8 pages, supplementary material: 53 pages