柱撑 DNA 纳米管的纳米尺度结构与弹性
软凝聚态物质
2016-08-12 v1 生物物理
化学物理
摘要
我们提出了柱撑 DNA 纳米管（DNT）的原子模型及其弹性性质，这将有助于这些纳米管在若干重要纳米技术和生物应用中的进一步研究。特别地，我们引入了一种计算设计，以创建一个 6-螺旋 DNT（6HB）的原子模型及其两种变体：由两个双螺旋 DNA 柱对称侧接的 6HB（6HB+2）和由三个双螺旋 DNA 柱对称侧接的 6HB（6HB+3）。在显式水和离子存在下对 200 ns 全原子模拟轨迹的分析表明，这些结构在所有三种几何形态中都是稳定且表现良好的。所有 6HB DNT 变体的氢键都保持良好。我们从它们的平衡弯曲角分布计算了这些纳米管的持续长度。持续长度的值约为 ~10 μm，这比 dsDNA 大 2 个数量级。我们还发现持续长度随着柱数量的增加而逐渐增加，与先前的实验结果定量一致。为了定量理解这些管的拉伸模量，我们进行了非平衡导向分子动力学（SMD）模拟。力-延伸图的线性部分给出的拉伸模量范围，对于无柱的 6HB 约为 6500 pN，对于有三柱的管则增加到 11,000 pN。从平衡 MD 模拟获得的轮廓长度分布计算的拉伸模量值与从非平衡 SMD 模拟获得的值相似。柱的添加使这些 DNT 变得非常刚硬。
引用
@article{arxiv.1608.03576,
title = {Nanoscale Structure and Elasticity of Pillared DNA Nanotubes},
author = {Himanshu Joshi and Atul Kaushik and Nadrian C. Seeman and Prabal K. Maiti},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.03576},
year = {2016}
}
备注
Published in ACS Nano