Controlling Nanomaterial Positioning and Orientation on DNA Origami Template With DNA and Non-DNA Linkers
No Thumbnail Available
Files
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-05-26
Department
Major/Subject
Bioinformaatioteknologia
Mcode
ELEC3016
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
32
Series
Abstract
DNA origami is a fabrication method used to create various two- and three-dimensional DNA nanostructures. Commonly, these structures require modifications, such as nanomaterial attachments, to be applicable for various applications. The final nanostructure's tailored response may differ depending on the attachment site and orientation. The attachment is generally achieved in two different ways, utilizing either a DNA or non-DNA linker. In this work, the ability of both linkers to control the position and orientation of the nanomaterial on the DNA origami nanostructure is investigated. A few example works are reviewed for both, utilizing the most commonly used linkers. These include DNA hybridization, streptavidin-biotin, functionalization, and click chemistry. Controlling is examined one nanomaterial at a time. The nanostructures, which are two- or three-dimensional and of different shapes, are made using the DNA origami method. The material used in this work is related to previous studies on controllability and site-specific binding. In addition, research related to DNA and DNA origami required for background information is utilized. This thesis is a literature study. This thesis concludes that both DNA and non-DNA linkers can be utilized to control the positioning and orientation of attached nanomaterials. By modifying the base sequence and strand length of a DNA linker, it is possible to alter the positioning and orientation of the nanomaterial. Additionally, it was shown to be possible to control the positioning of nanomaterials both vertically and horizontally with respect to the origami structure using non-DNA linkers. Controlling the orientation proved to be more challenging than controlling the location, usually requiring more than one DNA or non-DNA linker.DNA-origami on DNA-nanoteknologian alainen menetelmä, jolla voidaan valmistaa kaksi- ja kolmiulotteisia DNA-nanorakenteita. Usein näiden rakenteiden hyödyntäminen eri sovelluskohteissa vaatii jatkotoimenpiteitä, mukaan lukien erilaisten nanomateriaalien, kuten kultananopartikkelien ja fluoroforien, kiinnittämisen rakenteeseen. Kiinnityspaikasta ja -orientaatiosta riippuen lopullinen nanorakenne saattaa erota toiminnaltaan. Usein nanomateriaalien tehokkuus ja toimivuus riippuvat niiden suhteellisista etäisyyksistä ja orientaatioista toisiinsa tai DNA-origami nanoalustaan nähden. Kiinnitys tehdään yleensä joko DNA- tai ei-DNA-linkkerillä. Eri nanomateriaalien yhteensopivuus tietyn linkkerin kanssa saattaa vaihdella. Tässä työssä tutkitaan molempien linkkereiden kykyä kontrolloida nanomateriaalin paikkaa ja orientaatiota DNA-origami nanorakenteella. Molemmista käydään läpi muutamia esimerkkitöitä, joissa hyödynnetään yleisimmin käytettyjä linkkereitä. Näitä ovat DNA-hybridisaatio, streptavidiini-biotiini, funktionalisaatio sekä click chemistry. Kontrollointia tarkastellaan yksi nanomateriaali kerrallaan. Nanorakenteet ovat kaksi- tai kolmeulotteisia sekä eri muotoisia. Nanorakenteet on valmistettu DNA-origami tekniikkaa hyödyntäen. Materiaalina tässä työssä käytetään kontrollointiin liittyen tehtyjä aikaisempia tutkimuksia. Tämän lisäksi hyödynnetään taustatietoon vaadittavia DNA:han ja DNA-origamiin liittyviä tutkimuksia. Työ on kirjallisuustutkimus. DNA- ja ei-DNA-linkkereiden käyttö nanomateriaalien kiinnittämisessä mahdollistaa sekä orientaation että paikan kontrolloinnin. Työssä kävi ilmi, että varsinkin DNA-linkkerit mahdollistavat joustavan kontrolloinnin. DNA-linkkerin emäsjärjestystä ja juosteen pituutta muokkaamalla on mahdollista muuttaa nanomateriaalin paikkaa ja orientaatiota. Osoitettiin, että myös ei-DNA-linkkereillä onnistutaan kontrolloimaan paikkaa sekä pysty- että vaakasuunnassa origamirakenteeseen nähden. Ei-DNA-linkkerillä pystytään usein myös kiinnittämään nanomateriaali lähemmäs nanorakenteen pintaa kuin DNA-linkkerillä. Todettiin, että molempien liitäntätapojen vaakasuuntainen kontrollointi riippuu origamin omien ulostyöntyvien juosteiden sijainnista. Orientaation kontrollointi osoittautui paikan kontrollointia hankalammaksi, vaatien yleensä useamman DNA- tai ei-DNA-linkkerin käytön. Orientaatiota on mahdollista kontrolloida esimerkiksi venyttämällä DNA-linkkereitä tai hyödyntämällä streptavidiinin ominaisuuksia.Description
Supervisor
Turunen, MarkusThesis advisor
Tapio, KostiKeywords
DNA, DNA hybridization, DNA linker, DNA origami, functionalization, nanomaterial
