Phys 14. 장하나(Hana Jang)

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2015. 10. 02. Fri

프로젝트 글

1. 프로펠러와 같은 역할을 하려면 어떤 운동을 해야하는가 2. 원운동의 원리 3. 로터로써의 응용성 4. 더 보완해야할점

2015. 10. 02. Fri

우상욱 교수님 면담

실험에서 필요한 물리 이론 찾기 제일 처음 두 개의 마이크로 입자의 운동성을 알아야하는데 이것의 해결 방법 -제타 포텐셜 두 입자사이를 이을 중간에 강체가 필요한데 dna가닥으로는 불가능 -



2015. 07. 17. Fri

beads와 dna 연결

- Gold and thiol modified DNA conjugation

  1. Weight 0.25 mg of gold-vapored beads into a 1.5 mL eppendorf tube.
  2. Suspend nano-beads in 1 mL of Milli-Q water
  3. Pellet the nano-beads via centrifugation(원심분리) for 15 seconds at 1260-2680×G
  4. Centrifuge mixture for 10 minutes at 15000×G
  5. Resuspend(재부유, 침전된 것들이 다시 물위로 떠오름) nano-beads in 0.4 mL of 1 M NaOH
  6. Incubate for 1 hour at room temperature with gentle mixing
  7. Centrifuge mixture for 10 minutes at 15000×G
  8. Resuspend nano-beads pellet(알갱이) in 1 mL of Milli-Q water
  9. Repeat steps 5-6 for five times
  10. Resuspend nano-beads pellet in 20 µL of 10 µM thiol modified DNA and 10 mM pH 8 Phosphate buffer
  11. Incubate for 24 hours at room temperature with gentle mixing
  12. Add 10 µL of 1 M NaCl, then Incubated at room temperature for 2 hours
  13. Repeat steps 12 for 3 times.
  14. Centrifuge mixture for 10 minutes at 15000×G
  15. Resuspend micro-beads pellet in 3×SSC buffer
  16. Repeat steps 14-15 for 3 times.
  17. Store particles at 4°C in 3×SSC buffer

Hana-High-angle annular dark.png

  • 나노 파티클이 어떻게 결합되어 있는가를 확인하는데 있어 Scanning transmission electron microscopy (STEM) 사용
  • STEM was conducted using Zeiss SESAM under an accelerating voltage of 200 kV.
  • High-angle annular dark field STEM (HAADF-STEM) images and STEM energy dispersive X-ray (STEM-edx) elemental maps were recorded with a 20-μm top-hat objective aperture and at a tilt angle of 20° to maximize the Xray signal.


2015. 07. 08. Tue

음극화 보호 야누스 모터

음극화 보호

원리 - 철보다 반응성이 큰 아연이나 마그네슘을 철에 연결하여 마그네슘이나 아연이 산화되면서 전자를 철에 제공해주어 철이 녹슬지 않고 보호되는 방법.

야누스 마이크로 모터를 추진하기 위한 연료로써 바닷물의 이용을 설명한다.

새로운 마이크로 모터는 생물 분해성의 (미생물 작용으로 분해되는) 그리고 친환경적인 마그네슘 마이크로 입자와 자기적 유도와 표면 변형을 위한 니켈 - 금 조각의 이중층으로 이루어져 있다.

이러한 macrogalvanic 부식과 choloride pitting 부식 단계를 이용하는 바닷물에서 움직이는 마이크로 모터는 효율성과 연장된 추진력을 제공해주는 외부연료의 필요성을 제거해준다.


우리는 Janusmicromotors 추진 연료로 해수를 사용한다. 새로운 마이크로 모터는 생분해성 및 환경 친화적인 마그네슘 미세 입자 및 자기 유도 및 표면 개질 용 니켈 - 금 이중층 패치로 구성되어 있다.


염화 내공 부식 공정은, 수중 환경에서 다양한 애플리케이션을 향해 효율적으로 장기간 추진력을 제공하여 외부의 연료에 대한 필요성을 제거한다.


 불행히도, 과산화수소 연료 요건이 크게 촉매 등의 마이크로 스케일 / 나노 스케일 모터 많은 실용적인 응용을 방해한다.


자신의 주변 환경으로부터 에너지를 수확 즉, 그들의 연료 원으로서 시료 매트릭스 자체를 사용하는 새로운 마이크로 / 나노 모터는 높은 외부 연료를 추가에 대한 필요성을 제거하기위해 요구된다.

여기에서 우리는 외부 연료없이 바닷물에서 자가추진할수 있는 마그네슘 - 물 반응을 기반으로 새 수소 거품 추진 야누스 마이크로 모터를 보여줍니다.

물 - 금속 반응에서 효율적으로 수소 방출을 초래할수 있는 일반 활성 금속 (예를 들면, 리튬,나트륨, 칼륨, 칼슘)은 안전한 작동을 위해 너무 반응성이 커 공기 중에서 안정적이지 않다.

  대조적으로 많은 신체 기능과 효소 프로세스에 대한 중요한 생체 적합성 '녹색'영양 미량 원소 인 마그네슘은 물 기반의 마이크로 모터의 설계를위한 매력적인 후보 물질이다.

  또한, Mg는 저가 금속이며 Mg2 +는 다른 자연 환경 (예를 들어, 해수)에 존재한다.  

마그네슘 - 물 반응은 일반적으로 소형 수산화 보호막을 입혀 표면층의 형성하여 나아가기 때문에 수소 기포를 생성시키는 물을 감소시키지 않는다.


그러나, 우리는 macrogalvanic 부식 클로라이드 내공 부식 프로세스의 조합으로 인해 마이크로 모터 (예 : 해수 등) 염화물이 풍부한 환경에서 효율적이고 장기간 추진을 표시 할 수 있습니다.

새로운 해수 구동 마이크로 모터는 (자성 Ni 층의 결합을 통해) 자기 적으로 유도 될 수 있고, 여러 중요한 작업을 수행하도록 기능화된다. 

예를 들어, 장쇄 알칸 티올과 외측 패치의 금 modication 환경 석유 치료에 사용될 수있는 초 소수성 표면으로 이끈다.

그림. 1 표시 수소 bubble propelled 해수 중심의 야누스 마그네슘 기반의 마이크로 모터의 회로도.

 마그네슘 입자는 30마이크로미터 이하의 평균 크기를 갖는다. (야누스 마이크로 모터를 형성하기위해 Ti, Ni 및 Au로 층을 전자 빔 증발에 의해 코팅).

갈륨을 쓰는 이유 마그네슘과 니켈 - 금 층을 더 잘 결합하게 도와준다.

  해수에 침지 후, 자연 산화 환원 반응은 수소 기포에 물을 감소시키는 마그네슘의 표면 산화에 수반 발생 마그네슘 표면에 빠르게 형성 산화물 패시베이션 층은 상기 프로세스를 방해 할 수있는 동안, 우리는 발견 금층의 존재 염화물 이온에 대한 반응을 할 수 있습니다

따라서 미세 입자를 추진 수소 거품의 연속 형성으로 이어지는, (각각 macrogalvanic 부식 및 부식 내공 프로세스의 조합에 의해)를 진행합니다.

그림. 1 초 간격으로 ESI 비디오 1, 4의 기간에 걸쳐 해수의 야누스 마그네슘의 마이크로 모터의 이동 †에서 촬영이 표시 시간 경과 이미지.   이러한 이미지는 노출 된 Mg를 표면으로부터 방출 수소 마이크로 버블의 연속 스트림을 예시한다.마이크로 모터 자주식 S 당 거의 3 몸체 길이의 상대 속도에 대응하는 90 mm 이상 S? (1)의 고속이다.마그네슘 야누스 마이크로 모터는 자기지도하에 소정의 궤적을 따른다. 도 1에 도시 된 바와 같이. 2B-E 및 ESI 비디오 1 † 자기 유도는 다양한 응용에 필수적인 높은 공간 및 시간 해상도를 제공하기 위해 서로 다른 궤적을 따라 마이크로 모터를 조종.마이크로 따라서 선명하고 빠른 회전을 실행하고 사각형 패턴으로 이동한다.

다양한 제어 실험을 통해 증명되었다로서 금 층의 존재는, 마그네슘 - 기반의 마이크로 selfpropulsion에서 중요한 역할을한다.  그림. 3A 및 ESI 비디오 2 † 해당 명확하게 베어 마그네슘 입자와 마그네슘 - 티 야누스 입자가 해수에 더 거품 발생 및 순 변위를 표시하지 나타냅니다. 일부 버블 형성은없는 방향성 추진력으로, 해수 중의 Mg-TI-AG 미립자를 이용하여 관찰된다.  대조적으로, 금 층으로 Ag 층 장착 향상된 마그네슘 - 물 반응 reecting, 해수에서 효율적인 동작을 이끈다.  증가 된 반응 속도 및 추진 효율 금의 중요한 역할은 모두 금속이 전기적으로 접촉하며, 전해액에 침지 할 때 하나의 금속을 다른 하나에 우선적으로 부식되는 전기 화학 공정이고 macrogalvanic 부식 메커니즘과 연관된다.  야누스 마이크로 해수에 침지 된 경우, 단락 갈바닉 셀이 형성된다.  마그네슘은? 1.75 (V)의 매우 낮은 가능성을 가지고있는 동안 금과은에 대한 양극 인덱스는 각각? 0.0 V 및? 0.15 V를,있다  AU-Mg를 시스템 따라서 금의 존재 하에서 마그네슘 상당히 신속하고 우선적 용해 결과 AG-Mg를 부부에 비해 더 큰 전기 화학적 전위차를 갖는다.

또한, 우리는의 Mg 등 macrogalvanic 부식 (및 대응 추진)이 강하게 공존 음이온의 영향이 관찰된다.  예를 들어,도. ESI 3b 및 비디오 3 † 다른 전해질 (NaNO3, Na2SO4로 및 염화나트륨)의 존재 하에서 마그네슘 - 티 - 금 야누스 마이크로 모터의 버블 생성 및 동작과 비교. 매우 느리게 버블 발​​생이 관찰된다 나트륨 동안에는 버블 발​​생은 순수한 물과 질산 나트륨 용액의 마이크로 모터에 관찰되지 황산 매체; 대조적으로, 빠르고 강한 버블 발​​생은 염화나트륨 용액에서 관찰된다. 전반적으로,도. 도 3b는 명확하게 Mg를 표면에 염화 유도 피팅 부식이 관찰 거품에 중요한 역할을한다는 것을 나타낸다 생성하고 (갈바니 부식에 더하여) 추진. 부식 내공 것은 일반적으로 보호 층에 의해 보호되는 금속을 발생하는 (예를 들면, 마그네슘 (OH) 2 층 mg)을 얻었다.  그것은 잘 염화물 이온, 염화물 등의 수용액 solutions.31 공격적 음이온 종에서의 Mg의 부식을 촉진 패시베이션을 관통 할 수있는 것으로 알려져 층 더 정전기가 마그네슘 + 양이온 농도가 축적과 부식 피트 내에서 전하의 균형을 제공 구덩이로 수송된다.  마그네슘 부식, 오하이오를 계속? , 구덩이 안에 고갈 방지한다 피트의 보호는 구덩이 환경으로 인해 마그네슘 +와 CL의 축적에 약산성된다 surfaces.30? 수준은 더 구덩이에서 마그네슘의 용해를 촉진. 피트의 표면 근방의 Mg + 중간체는 H2 가스를 형성하는 반응

이 공정은 촉매이고, 긴 CL의 일관된 전기 이동이있는 한 진행?pit.30 CL의 높은 수준에? 해수 (546 밀리몰 kg은? 1) 따라서이 강하게 반응 메커니즘을 촉진한다. 황산염 이온은 여전히을 용이하게 할 수있다 반응하지만, (염화물 이온에 비해) 더 강한 효과를 표시   이는도 1에 나타낸 실험 결과와 일치한다. (b); 질산 이온, 반대로, 반응 속도에 뚜렷한 효과가없고, 따라서 기포는 NaNO3에서 관찰되지 않는다.

이러한 마그네슘 모터와 같이 서로 연결 - - 마그네슘 용해 및 반응의 전반적인 속도를 향상시키기 위해 시너지 효과 작업이 macrogalvanic 부식과 내공 부식 효과가 나타납니다.  금 층과 마그네슘 입자의 갈바닉 커플 링과 함께, 노출 된 영역에서의 Mg 향상된 우선 부식 및 양극 용해에 이르게 금 표면에서 H2 가스의 방출 음극.  그러나, 대조 실험 명확 때문에 내공 부식기구에 염소 이온의 존재 하에서 마그네슘 표면에 발생하는 기포가 H2, 관찰 추진시 두드러진 효과가 있음을 나타낸다. 사실, 극한 갈바닉 셀 (마그네슘 입자의 금 코팅 및 불순물 macrogalvanic microgalvanic 효과와, 각각)는 상기 피팅 부식 돕는, Mg를 애 노딕 용해를 증가시키는 역할을한다.  따라서, 마그네슘 표면에 빠르게 발전 수소 기포 야누스 마이크로 모터의 추진 방향에 필수적인 추력을 제공한다.

새로운 마그네슘 계 야누스 마이크로 모터의 자율 동작 성능이 수성 매질 (도.도 4 및 ESI 비디오 † 4)의 염소 이온 농도에 강하게 의존한다. 앞에서 언급 한 바와 같이, 염화물 이온의 존재하에 수소를 형성하기 위해 반응 할 수있는 용해 된 중간체의 Mg +의 양을 증가시킨다. 마그네슘 - 티 - 니켈 - 금 입자의 반응은 염화물 이온의 강한 피팅 부식 효과를 반영 심지어 0.001 M 염화나트륨 매체에 명확한 기포 꼬리 진화에서 관찰 될 수있다.  예상대로, 더 높은 염화물 농도는 빠른 반응 속도를 유도한다.  예를 들어, 마이크로 모터는 0.3 M 염화 나트륨 (b), 3 M 염화나트륨 (c)에서 300mm S? (1)의 더 높은 속도 90mm S? (1)의 효율적인 속도를 표시. 클로라이드 용액에 버블 발​​생이 증가 된 속도는 상기 내공 부식기구의 존재를 따른다.  마그네슘 미립자의 연속 용해에도 불구하고, 야누스 재시동 방식 티 - 니켈 - 마그네슘의 마이크로 모터는 해수에서 하나 이상의 분의 수명을 표시합니다.  입자의 크기 및 형상과 정확한 연료 조성물을 포함한 다양한 요인은, 현재 모터의 수명을 연장하는 방향으로 검토되고있다.

또한 용액의 pH의 영향 및 마이크로 모터의 속도에 금속 착화 제 (EDTA)의 존재를 조사 하였다.마이크로 모터는 pH를 약산성 또는 알칼리 해수에 필적 추진 동작을 표시 마그네슘 - 물 반응의 효율에 따라 이들 매체의 최소한의 영향을 나타내는 pH가 4 내지 10의 pH 범위의 값.   더 빠른 마그네슘 해산과 추진력은 (pH가 <2), 강 알칼리성 미디어 (PH 동안> 12)에서 마그네슘 - 물 반응의 거의 완전한 지장을 초래 강한 산성 환경에서 관찰되었다.  천연 해수를 0.1 mM의 EDTA를 추가하면 (40mm S? 1) 때문인의 Mg + 이온의 킬레이트로 감소 속도 초래하고, 따라서 수소 방출 반응의 장해 (EQN (2)).

새로운 마그네슘 기반 해수 중심의 야누스 마이크로 모터의 실제 유틸리티는 오염 된 해수에서 캡처 및 기름 방울의 전송으로 본 연구에서 설명하고있다.   오염 된 해수에서 기름 유출의 제거는 환경 위험을 최소화하기위한 상당히 중요하다.  일반적인 세정 방법의 대부분은 목적하는 효율이 부족하고도 경제적이나 환경 친화적이다.   따라서, 효율적인 오일 - 물 분리 방법의 개발은 매우 바람직하다. Guix 등. 최근 소수성 표면 유성 상호 작용을 포함하는 움직임 기반 오일 세정 전략을보고했다.

그러나, 사용되는 마이크로 모터는 대규모 환경 정화와 호환되지 과산화수소 연료에 의해 강화되었다.  해수 중심의 마그네슘 기반 야누스 마이크로 모터 오일 오염 물질의 환경 개선을위한 매력적인 플랫폼 역할을 할 수 있습니다.  도 1의 회로도에서 알 수 있듯이. 5A, 마그네슘 기반의 마이크로 모터이었다 오일 액의 '온 - 더 - 플라이 "컬렉션에 대해 원하는 강한 표면 소수성을 부여하기위한 필수 장쇄 알칸 티올의 자기 조립 단층 (SAM에) 변성. 그림. 도 5b 및 대응하는 비디오 ESI 5 †는 접근 (외부 자계에 의한) 안내되어 SAMmodified 마그네슘 야누스 마이크로을 증명 (a), 캡처 (b) 및 전송 (c) 해수 모터 오일 액. 개질 마이크로 모터 SAM 층은 금층의 갈바닉 역할에 영향을주지 않음을 나타내는, 90mm S (λ1) (해수 베어 마이크로 모터와 유사)의 속도로 초기에 이동한다. 오일 액의 쌍을 접촉하면 (직경 20mm 각), 마이크로 모터가 순간적으로 비디오를 캡처.  예상 한 바와 같이, 모터의 속도가 매우 큰 항력을 반영 약 44mm S? 1 방울을 운반하는 동안 감소한다.  반면에, (알칸 티올이없는 즉,) 수정되지 않은 마이크로 모터를 포함하는 제어 실험은 직접 접촉 후 (ESI 비디오 6 †) 등의 물방울에 더 친화력이 표시되지 않습니다.

결론 결론적으로, 우리는 자율적 단독 연료원인 마그네슘 - 물 반응으로부터 생성 된 수소 버블 추력으로서 해수를 사용하여 추진하는 야누스 마이크로 모터를 제안 하였다.

 수소 기포 추진기구는 환경왔다 갈바니 부식 및 부식 내공 효과 및 금 코팅의 중요한 역할과 관련 이온 (특히 클로라이드 리치)의 조합에 기인 한 논의했다.

속력 - 90 마이크로미터 퍼 세크

 따라서, 마그네슘 - 기반의 마이크로 모터는 고 염소 농도를 포함하는 다른 생물학적 배지에서 효율적으로 이동할 것으로 예상된다. 새로운 물 중심의 운동 능력은 크게 화학적으로 전원 나노의 응용 프로그램과 환경의 범위를 확장해야합니다.

 모터 연료 조성물이 마이크로 모터는 고도로 생체 적합성 친환경 만든다.

 우리는 또한 사실적인 환경에서 실제 응용으로 표면 기능화 물 중심의 마이크로 모터의 첫 번째 예를 보여 주었다. SAM-수정 소수성 마그네슘의 마이크로 모터 따라서 오일 청소를 위해 성공적으로 적용되었다

해수 및 환경 개선을위한 상당한 잠재력을 보여준다.

특정 애플리케이션에 따라 더 작은 마그네슘 계 모터는 작은 마그네슘 입자를 사용하여 제조 될 수있다.

추가의 노력은 많은 실제 응용의 요구 사항을 어드레싱의 Mg 계 모터의 수명을 연장 전념한다. 우리는 마그네슘 기반 야누스 마이크로 다양한 수성 환경에서 다양한 애플리케이션에 따라 지대한 영향을 미칠 것으로 기대.

실험 섹션 마그네슘 - 티 - 니켈 - 금 야누스의 합성 마이크로 모터는베이스 입자로서 마그네슘 미립자 (카탈로그 번호 465666, 알드리치, 세인트 루이스, MO, 분말,? 325 메쉬, 99.5 % 미량 금속 기준)을 사용하여 제조 된 마이크로 모터.마그네슘 입자는 1 ° S에서 2 ° S (λ1), 및 10 nm의 금 층에서 1 ° S (λ1), 80 nm의 니켈 층에 20 nm의 티탄 층을 유리 슬라이드 상에 배치하고 코팅 하였다? 1 1800 TEMESCAL BJD를 사용하여 전자 빔 증발기. 에탄올 간단한 초음파 처리 후, 마이크로 모터는 유리 슬라이드로부터 방출시키고, 에탄올에 분산.  모터는 사용할 때까지 순수 에탄올 용액에 보관 하였다.대조 실험을 위해, 마그네슘 입자 마찬가지로 마그네슘 (Mg-TI 입자) 100 nm의 티타늄으로 코팅 된, 100 nm의 마그네슘 (Mg-TI-AG 입자) Ti 및 10 내지 AG, 100 nm의 Ti 및 10 나노 미터 (마그네슘 - 티 - 금 입자)의 Au.

마이크로 모터 수정 마이크로 모터의 외부 금 표면은 얻어진 단층 변성 마이크로 모터는 6000에서 원심 분리하여 에탄올로 세척하고, 격리 된 후에 1 시간을 위해 무수 에탄올 1 밀리미터 octadecanethiol (시그마 - 알드리치) (시그마 - 알드리치)에 침지에 의해 수정 된 2 분 동안 회전.   모든 실험은 실온에서 수행 하였다.

양자점(quantum dot)

1~10nm 직경의 반도체 나노입자에 자외선 빛을 가하면 나노입자의 크기에 따라 서로 다른 파장의 가시광선이 방출된다. 3nm- CdSe 입자는 520nm의 녹색 5.5nm - 입자는 620nm의 빨간색 입자의 크기가 감소함에 따라 발광되는 빛의 파장이 빨간색으로부터 보라색으로 감소하므로, 한가지 물질의 나노입자의 크기를 다르게하여 전체 무지개 색깔을 얻을 수 있다.

양자점에 자외선을 가하면 전자는 원자가띠에서 전도띠내에 있는 에너지 준위로 들뜨게 된다. 이어서 들떴던 전자가 원자가띠로 되돌아오면서 대략적으로 띠간격에 해당하는 에너지의 가시광선 광자가 방출된다. 입자가 작을수록 띠간격은 커지고 발광되는 빛은 빨강에서 보라 쪽으로 이동하게 된다.

양자점의 독특한 광학적 성질 때문에 그들은 많은 곳에 응용된다. 예를 들어 양자점의 표면에 DNA나 단백질 같은 특정 생분자를 찾아 결합할 수 있는 유기 분자를 붙여 변형시킬 수 있다.

변형된 양자점은 생체 세포보다 수천배 작아 세포막을 통과할 수 있다. 생분자에 결합된 이들 나노 입자에 자외선을 쪼여 주면, 양자점의 크기에 상응하는 색깔의 빛을 방출함으로써 특정 생분자에 대한 형광탐침 또는 표식이 될 수 있다. 따라서 여러가지 크기와 변형된 표면을 갖는 양자점들의 혼합물에 단일 파장의 광원을 조사하면 한 세포 안에 있는 여러가지 다른 생분자들을 동시에 탐지, 추적, 그리고 색깔로 형상화 할 수 있다. 양자점을 포함한 여러 형태의 나노 입자는 암과의 전쟁에서 유용한 무기가 될 수 있다.

예를 들어 나노입자를 적당히 변형시켜 건강한 세포에는 반응하지 않고 암세포 막 표면의 수용체만을 골라 결합할 수 있는 항체를 부착시킬 수 있다. 이러한 나노 입자를 사용하여 암세포를 형상화 할 수 있다면 가장 초기에 암을 발견하여 치료율을 크게 높일 수 있을 것이다.

인간의 암 분야 응용에는 아직 초보 단계이지만 낮은 수준의 기술에는 이미 나노 입자가 이용되고 있다. 예를 들어 금속 산화물 나노입자는 햇빛 차단제, 화장품, 항얼룩 섬유, 방오 페인트,그리고 자기 정화 창 등에 널리 사용되고 있다.

탄소 나노튜브는 강화전선과 구조 복합재료의 강화제로 이용되고 금 나노입자는 효과가 탁월한 선택적 산화 촉매로 이용된다. -일반화학 2 인용

2015. 06. 23. Tue

A Synthetic DNA Walker for Molecular Transport- 논문 공부

Jong-Shik Shin† and Niles A. Pierce*,†,‡ walker가 걷는 모습은 자벌레가 움직이는 모습에 모티프를 얻음 - https://www.youtube.com/watch?v=4Mg1QGPt4_w 참고 움직이는 것을 다중형광소광으로 볼수 있다. 4가지 요소로 나뉘어짐 워커 (W), 트랙 (T), 첨부 연료 가닥 (A)와 분리 연료 가닥 (D) 워커(W)- The walker consists of two partially complementary oligonucleotides, with a 20-bp helix joining two single-stranded legs (each 23 bases). 워커에 각각 두개의 상보적 염기 결합을 하는 올리고뉴클레오타이드로 이루어져 있는데 여기서 23개 염기로 이루어진 단일가닥 다리 2개의 20bp의 헬릭스가 있다는것은 모르겟다. 트랙 (T) - 여섯개의 올리고 뉴틀레오타이도로 이루어져 있고, 15 bp의 발판 나선으로 구분 된 네 개의 돌출 된 단일 가닥 지점 (각 20 염기)가 있다.  1.5 나선의 간격은 약 5 나노 미터 떨어진 선로의 동일 측에 대한 모든 지점을 (도 1)으로 변하도록 이웃 지점은 서로 반대 방향으로 실행. 도 1 및 D 가닥의 제어하에 외부 트랙을 따라 워커 스트라이드에 도시​​ 된 바와 같이.  가닥은 특히 해당 다리 (18-BP)과 지점 (17-BP)과 나선을 형성하여 분기에 워커 앵커.  단일 가닥 (표 1에 밑줄)이 나선의 양쪽 끝에 존재하는 연료의 종류에 따라 서로 다른 입체를 채택하기위한 유연성을 제공 옆에 달려있다.  양쪽 다리가 선로에 결합 될 때, 트레일 링 레그가 10 염기 오버행에서 완벽 상보 가닥으로 핵이 D 스트랜드를 사용 해제하고 양면 폐기물 생산 용 워커 레그를 해제하는 나선 치환 반응을 거친다 다음 단계.

dna 연료- 논문 공부


2015. 06. 22. Mon

무선 센서와 유전체학의 결합

청진기가 사라진다 책 참고 302p~ - 심근경색 심장에 대한 통설 중 가장 큰 오류 - 콜레스테롤 플라크가 서서히 동맥을 막고 이로 인해 심장 근육으로 가는 혈액 공급이 서서히 막히게 되어, 마지막 단계에 심근경색이 발생한다고 믿은 것이었다. but!! 플라크는 별로 크지 않거나 중간정도 였지만 갑자기 찢어지거나 침식되는 것이 심근경색의 가장 근접한 원인

두가지 방법 - t-PA 단백질과 같은 물질로 혈전을 용해하는 방법 or 신속한 풍선 혈관 성형술 및 스텐트 삽입

개발한 모니터링 방법 - 모래알보다 작은 나노센서를 심는 것

이 센서는 혈액 100만분의 1리터만 가지고도 대상 물질을 찾아 낼수 있으며, 이정보를 환자의 스마트폰으로 전달할수도 있다.

발전 - 심장 손상을 탐지할 수 있는 소형의 인체 삽입형 마이크로 센서

-암 -전장유전체 연관분석 (GWAS)

-암덩어리로 부터 떨어져 나와 순환하는 암세포 (CTCs)를 혈액속에서 찾아내는 방법


-셀세치 - 시험관에 담긴 혈액에서 암세포를 세는 기술, 매사추세츠 종합병원 - 항체와 자기 구슬을 이용해 혈액속에 있는 10억개 이상의 세포 중에서 단 하나의 암세포까지 찾아낼수 있다.

2015. 05. 21. Fri

the bacterial flagellar motor

대장균을 비롯한 많은 박테리아는 편모라고 불리는 나선형의 섬유를 스크류처럼 회전시켜 수중을 헤엄치고 보다 좋은 환경으로 이동한다. 편모의 회전은 그 근원의 세포막에 묻혀 있는 직경이 불과 45nm의 편모 모터에 의해 구동된다. 대장균 편모 모터는 매분 약 2만 회전율을 가졌으며 순식간에 회전 방향을 선회하고 100%에 가까운 효율로 에너지를 변환할 수 있다. 편모 섬유로 연결되는 "회전자"와 그 주위를 둘러싸고 배치된 여러 개의 "고정자"로 구성되어 있다. 단지, 회전을 위한 에너지원은 전류 (전자의 흐름)가 아니라 수소 이온 또는 나트륨 이온의 흐름이다. 대장균의 편모 모터는 수소 이온만을 통과 시키는 고정자(MotA,MotB)를 가진다. 대장균 편모 모터의 회전자와 상호 작용하고 나트륨 이온으로 추진 할 수 있도록 유전자 조작된 고정자(PomA,PotB)가 있다. 이 연구에서는 대장균이 가진 수소 이온 고정자와 유전자 조작 나트륨 이온 고정자를 대장균 편모 모터 회전자와 동시에 상호 작용시킬 수 있는지 시험해 보았다. 모터 1개의 회전을 관찰한 결과 수소 이온, 나트륨 이온 양쪽의 에너지원을 이용해서 회전하는 "하이브리드 에너지형 모터"로서 기능한다는 것이 밝혀졌다.

수소 이온 고정자와 나트륨 이온 고정자가 발생시키는 회전력 특성은 다르지만, 그것들이 동시에 상호 작용할 때는 서로를 간섭하지 않고 가산적으로 기능하는 유연한 기구를 갖추고 있다는 것이 밝혀졌다. 게다가 나트륨 이온 농도가 높을 때는 나트륨 이온 고정자가 더 큰 회전력을 발생시키고, 반대로 나트륨 이온 농도가 낮을 때는 수소 이온 고정자가 더 큰 회전력을 발생시키는데, 외부환경의 나트륨 이온 농도에 의존해 모터 내의 고정자가 다이내믹하게 바뀌어져 재배치되어 모터의 회전 출력이 자동적으로 최적화 된다는 것을 알 수 있다.

바이오-모터들은 화학에너지(보통 아데노신 스리-포스페이트, ATP의 가수분해)를 기계적 에너지로 바꿀 수 있는 촉매들을 개발해 이용한다. 회전 모터로는 단백질 막을 구성하는 F0F1-ATP 합성 효소들을 들 수 있는데, 이는 아데노신 디포스페이트(ADP)와 무기 인산으로 ATP를 합성하기 위한 프로톤(H) 또는 소디움(Na)의 증감으로부터 전기삼투 에너지를 사용한다. 회전 모터 ATPase는 박테리아 편모의 회전을 도모하여 화학에너지를 전기화학에너지로 전환시킨다. - The rotor is a set of rings up to 45nm in diameter in the cytoplasmic membrane. -> 로터는 45nm 지름의 링들로 이루어져있다. -the stator -> 고정자(회전기의 정지한 부분) E.coli에 존재하는 단백질을 변화시켜, 수소이온대신에 나트륨으로 작동하는 모터를 제조하였다. 나트륨 이온의 농도를 낮춤으로써 회전 속도를 감소시킬 수 있었으며 편모의 뿌리에 작은 구슬을 부착하여 모터의 움직임을 더 정확하게 볼 수 있었다. 이 논문에서 편모의 한번의 회전에 최소 26단계가 관찰 되었다. 세균편모의 기부에 있는 모터기구에 의해 나선모양의 섬유를 회전시킴으로써 유영하게 하는 것. 모터의 회전은 막의 겉쪽에서 보면 통상 반시계방향이다. 이것으로서 왼편감기 정상형섬유에 따라 기부에서 선단을 향하는 나선파동의 생기며 균체를 뒤로 미는 힘이 발생한다. 다편모균에서는 전편모섬유가 1개의 뭉치가 되어 작용하여 균을 원활하게 전진시킨다. 회전모터는 역전하여 시계방향으로 회전할 수 있으며 역전에 따라 편모의 뭉치가 풀어진다.

반시계방향으로 되돌아가면 균은 새로운 방향을 향하여 헤엄치기 시작한다. 모터의 역전은 균의 진행방향의 변화와 대응하여 주화성을 내는 원인으로 되고 있다. 편모회전의 에너지원은 세포 내외의 프로톤의 전기화학퍼텐셜기울기이다. 비산완충액 내에서 기아 상태에 들어간 고초균에 대하여 K+을 포함하지 않은 조건에서 밸리노마이신을 가하면 운동성이 일시적으로 회복된다. 이것은 이 구배가 직접적인 구동력이라는 것을 나타낸다.

A flagellum (plural: flagella) is a long, slender projection from the cell body, whose function is to propel a unicellular or small multicellular organism. The depicted type of flagellum is found in bacteria such as E. coli and Salmonella, and rotates like a propeller when the bacterium swims.

The bacterial movement can be divided in 2 kinds: run, resulting from a counterclockwise rotation of the flagellum, and tumbling, from a clockwise rotation of the flagellum.) 편모는 좌우로는 추진력을 만들 수 없는데 방향은 어떻게 바꾸는 것일까요 ? 

가장 간단한 해결책은 편모를 여러개 가지는 것입니다. 물론 여러개의 편모를 이용해서 다양한 방향으로 움직이는 박테리아도 존재하지만 바다에 서식하는 운동성 박테리아 (Marine motile bacteria) 의 90% 는 사실 한개의 편모만을 가지고 있습니다. 여러개의 편모를 가지는 대신 한개의 편모만 있다면 그만큼 적은 에너지를 투자하는 셈이라 생존에 유리한 점도 있긴 하겠지만 대체 방향 전환은 어떻게 하는 것일까요 ? 편모아래 부분에 복잡하게 방향을 전환할 수 있는 별도의 기관이 존재한다면 모르지만 사실 그렇지 않기 때문에 이는 큰 궁금증 가운데 하나였습니다.  
이 문제에 대해서 다양한 연구가 진행되어 있는데 MIT 의 로만 스토커 교수 (Roman Stocker, an associate professor in MIT's Department of Civil and Environmental Engineering) 를 비롯한 연구팀은 박테리아들이 구조적인 불안정성을 이용해 기발한 방식으로 방향 전환이 가능하다고 Nature Physics 에 보고했습니다.  
연구팀은 초당 1000 프레임에 고속 카메라로 한개의 편모만을 가진 박테리아의 움직임을 연구했습니다. 이들의 움직임을 재구성한 결과 고속으로 회전하는 편모의 아랫부분 (hook 이라고 불리는 부분, 100 nm 길이) 이 좌굴 (buckling : 축방향으로 압축력이 가해졌을 때 순간적으로 휘는 현상) 현상을 일으키는 것을 관찰했습니다. 그 순간은 10 밀리세컨드 (즉 1/100 초) 에 불과하지만 박테리아가 사는 미시세계에서는 그 정도로도 방향을 전환하는데 도움을 줄 수 있습니다. 박테리아에게 1 초는 매우 긴 시간이니까요. 
(Motile marine bacteria exploit a buckling instability of the flexible hook (green) at the base of their flagellum (yellow) to change swimming direction, turning what is otherwise a structural failure into a fundamental biological function. (Credit: Kwangmin Son, Jeffrey Guasto, Glynn Gorick and Roman Stocker)) 

위의 개념도에서 볼 수 있듯이 박테리아는 편모로 한쪽 방향으로 진행하다 방향을 바꿔야 할 때 편모를 갑자기 반대 방향으로 회전 시킵니다. 그러면 순간 앞으로 가려는 관성과 뒤로 미는 힘에 의해 hook 부위에 아래위로 미는 압력이 걸리면서 휘는 좌굴 (buckling) 이 나타납니다. 이 때 편모는 추진력은 앞뒤가 아닌 좌우로 작용할 수 있습니다. 그러면서 방향 전환이 이뤄집니다. 일종의 조절된 실패 (controlled failure) 라고 할 수 있는 방법입니다. 10 밀리세컨드에 이와 같은 방향 전환이 이뤄지게 되는데 원하는 방향으로 전환하기 위해서는 몇차례에 걸쳐 방향을 바꿔야 하겠지만 그래도 한번 동작에 10 밀리세컨드 정도밖에 걸리지 않기 때문에 이를 인간의 눈으로 보면 아주 자연스럽게 원하는 방향으로 전환하는 것 처럼 보이게 됩니다. 또 박테리아 입장에서는 어차피 이 정도 공간을 움직이는데 들어가는 에너지는 추가로 편모를 더 가지는데 드는 에너지 보다 더 적습니다.

연구에 참여한 하버드 대학의 하워드 버그 (Howard Berg, the Herchel Smith Professor of Physics and professor of molecular and cellular biology at Harvard University) 교수는 사실 한개의 편모가 생각보다 더 경제적인 방식이라고 언급했습니다. 왜냐하면 편모에 드는 에너지 중 상당량은 편모를 움직이는 것보다 만드는데 들어가기 때문입니다. 
물론 박테리아가 살아가는 환경에 따라서는 다수의 편모가 더 유리한 환경도 있을 것입니다. 움직이는 거리가 많지 않은 환경이거나 먹이를 구하기 쉬운 환경이라면 더 그럴지도 모릅니다. 그러나 아주 에너지 경제적인 측면에서 효율적으로 움직여야 하는 환경이라면 어쩌면 한개의 편모가 가장 이상적인 디자인일 수도 있습니다. 환경의 압력에 의한 진화의 선택은 환경에 따라 달라지게 마련이니까요. 


모터는 세포 막을 가로지르는 수소 혹은 나트륨 이온의 흐름인 전류로 작동되고 각각 단계는 모터을 통과한 하나 혹은 두개의 나트륨이온에 의해 유발된다.

2015. 02. 24. Tue

A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line

(Hongzhou Gu1, Jie Chao2, Shou-Jun Xiao2 & Nadrian C. Seeman1) http://www.nature.com/articles/doi:10.1038%2Fnature09026

Walker - jhn 150223.png과정 - jhn -150223.png

This origami is walker. This makes it possible to control the self-assembly.

The machines have cargoes consisting respectively of a 5-nm gold particle , a coupled pair of 5-nm particles and a 10-nm particle, and their state can be PX (meaning ON or ‘donate’ cargo) or JX2 (meaning OFF or ‘do not donate’ cargo). they use three different types of gold nanoparticle species as cargo and show that the experimental system does indeed allow the controlled fabrication of the eight different products that can be obtained with three two-state devices.

알게된점 : 자가조립을 조종할수 있는 방법을 알게되었다.

Visualization of Dynamic Conformational Switching of the G-Quadruplex in a DNA Nanostructure

(†Yuta Sannohe,† Masayuki Endo,*,‡,§ Yousuke Katsuda,† Kumi Hidaka,† and Hiroshi Sugiyama*) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja1058907 사중구조- jhn.png

 G-quadruplex structures(G-사중구조) 
  • 정사각형 모양의 DNA 구조는 실험실에서 DNA를 형성하는 기본요소 중에 하나인 구아닌 (Guanine)을 풍부하게 하여 합성으로 DNA가닥을 접을 경우에 쉽게 만들어질 수 있다.
  • G-사중구조는 각기 다른 지점에 네 개의 구아닌으로 이루어져 있으며 구아닌이 풍부한 가닥이 특별한 수소결합형태로 이루어져 공고하게 결합되어 있어 DNA 나선형구조를 차단하는 밀집된 사각형 구조를 형성한다.
  • 텔로미어(telomeres)로 알려진 염색체 DNA의 보호기능을 하는 끝부분은 구아닌이 풍부하기 때문에 G-사중구조의 가능성이 높은 후보가 되고 있다. 실제로 암세포에 대한 연구를 통해 G-사중구조에 결합하여 안정화되는 작은 입자가 텔로미어의 DAN손상을 일으키는 것으로 알려지고 있어서 이러한 사중구조 가능성 주장에 힘을 실어주고 있다 (Rodriguez, R. et al. 2012). 인간유전체 데이터를 통해서 다른 구아닌이 풍부한 염기서열을 찾는 과정에서 일부 과학자들은 이 사중구조는 또한 유전자를 조절하는 (특히 일부 암을 일으키는 유전자) 유전체의 다른 부분에서 만들어질 수 있다고 주장했다.

The introduced G-rich strands formed an interstrand G-quadruplex structure in the presence of K+, and the formed four-stranded structure was disrupted by removal of K+. These conformational changes were visualized in a nanoscaffold in real-time with fast-scanning atomic force microscopy.

알게된점 : G-quadruplex structures(G-사중구조)라는 개념을 처음으로 듣고 알게되었다.



2015. 02. 12. Thur

Biomod/2014/Braunschweig - Building the world´s smallest car

http://openwetware.org/wiki/Biomod/2014/Braunschweig 나노스쿠터 2.jpg

  • a self-assembling Nanoscooter which can move over mica surfaces powered by Pt-nanoparticles catalyzing the decomposition of hydrogen peroxide
  • This Nanoscooter becomes motile on mica surfaces by adapting the kind and concentration of cations in the buffer.
  • Directed movement is achieved by the of repulsion of oxygen gas which is produced at platinum nanoparticles tethered to the back of the Nanoscooter.
  • The shape of the DNA origami is confirmed by atomic force microscopy, while the movement of the car on a flat mica surface is illustrated by fluorescence microscopy using fluorescent beads.
  • This type of DNA origami can be used for directed transport of different components.
  • In the future this technology could be used for the supply in nanoscale factories or as a lithographic pen by controlling the location of nanoscale catalysis.

알게된 점 : 과산화수소와 백금이 결합하면 산소가 발생함을 알게 되었다.



Super-resolution microscopy(초고해상도 현광 현미경)

  • 기존 광학현미경의 한계
-아베 회절 한계(Abbe diffraction limit): 에른스트 아베는 광학 현미경이 볼 수 있는 해상도 한계는 가시광선 파장길이의 절반가량이라고 정의.
-광학 현미경을 아무리 개선해도 0.2마이크로미터보다 더 작은 물체는 식별 불가.
-광학 현미경을 통해 세포소기관 같은 세포 일부분이나 세포 전체를 식별하 수 는 있지만 일반적인 크기의 바이러스나 단일 단백질 정도로 작은 물체는 분간할 수 없음.
  • 슈테판 헬의 'STED'
-기본원리
  1. 관측하려는 시료에 레이저 빔을 쏘면, 관측 대상인 시료에서 에너지를 흡수해 들뜬 상태가 되고 거기에서 형광이 발한다. 이 때 곧이어 첫번째 빔과 중첩하도록 두번째의 레이저 빔을 중심부가
    빈 도넛 모양으로 쏘면 중심부의 아주 작은 공간을 뺀 다른 곳의 형광은 강하게 억제된다. 결과적으로 중심부의 아주 작은 공간의 형광만이 뚜렷하에 관측된다.
  2. 레이저 빔을 쏘는 초점 위치를 아주 조금씩 옮기면서 이처럼 작은 관측 공간을 연속해 만들 수 있으며, 이렇게 만들어진 수많은 관측 영상을 하나로 합하면 관측하려는 대상의 전체 영상을
    매우 높은 해상도로 얻을 수 있다.
  • 에릭 베치그의 '단일 분자 현미경'
-머너 박사가 특정 파장의 빛을 쏘면 세포 안의 형광 단백질 분자의 형광을 끄고 켤 수 있음을 발견하여 단일 분자 검출을 성공한 것이 단일분자 현미경 개발의 시초가 됨.


-기본원리
  1. 생물학적 샘플에는 형광분자 수천, 수만 개가 높은 밀도로 모여 있다. 분자들의 형광을 대부분 끈 다음, 이미지들이 겹치지 않을 정도로 적은 수의 분자들만 형광을 켜 이미지를 얻는다.
    이런 과정을 여러 차례 중복하다보면 전체 분자들의 위치를 파악할 수 있다.

알게된 점 : 2014년도 노벨 화학상을 수상한 분야를 알게 되었다.

2015. 02. 10. Tue

Single Molecule Visualization and Characterization of Sox2–Pax6 Complex Formation on a Regulatory DNA Element Using a DNA Origami Frame

(† Department of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University, Kitashirakawa-oiwakecho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl4044949 Sox2 Pax6.png

  • DNA origami에서 dsDNA를 구부리는데 필요한 단백질 Sox2–Pax6을 AFM으로 관찰함.
  • 굽는 정도 : Sox2–Pax6 > Sox2 only >> Pax6 only

알게된 점 : dna를 구부리는데 단백질이 필요함을 알게되었다.

2015. 02. 05. Thur

study

TEM - transmission electron microscopy

Grid 그림.png

  1. a microscopy technique으로 진공상태에서 관찰이 이루어져야 한다.
  2. Electron gun에서 전자가 쏘아져 나온다.
  3. specimenport에 cu를주로 하여 만든 grid를 넣는다. grid는 carbon 막으로 덮혀있다.
  4. 빈칸속에 시료를 넣는데 시료의 원자번호가 작으면 원자핵속 양성자, 중성자의 갯수가 적어 전자가 뚫고 지나갈 수 있어 투명하게 보인다. 반대로 원자번호가 크면 전자가 튕겨나와 까맣게 보인다.
  5. 장점 : 초점만 맞으면 단기간에 여러 장의 결과를 얻을 수 있다.
  6. 단점 : 오랜 시간 한 부분을 관측하면 그 부분의 전자 beam에 의해 탈 수 있다.
  7. 물체의 단단한 면만 볼 수 있다.
  8. 3D입체 구조를 알고 싶다면 더 균일하게 Z축 단면을 관측하면 된다.
  • No staining - 금, 구리 입자 등 금속들은 입자가 충분히 두껍고 규모가 커서 staining할 필요가 없다.
  • Positive staining - 고분자들은 용매에 넣어 녹이면 자기조립해 표면에 퍼지게 된다. 이를 무거운 원소로 염색시켜 관찰한다.
  • Negative staining - DNA 구조의 주변을 (아세톤 + 아세테이트)로 염색한 후 다시 그것을 종이로 흡수시키면 시료 자체는 하얗게 그 주위는 검게 염색된다.( 염색된 부분은 투과되지 않는다.)
  • Cryo-electron microscopy - 상온에서 분석하는 것보다 생체시료의 변질 또는 구조의 변형을 막기 위해 개발된 방법으로 물을 함유하는 세포나 수용액에 존재하는 생체고분자를 초저온 상태로 유지한 채 무고정, 무염색 상태로 관찰한다.

알게된 점 : tem을 통하여 물질을 관찰함에 있어 염색법과 또다른 발전된 방식에 대해 알게 되었다.


2015. 01. 29. Thur

Next paper

mk - http://bric.postech.ac.kr/myboard/view_report.php?Board=report&id=2288&type=1&filename=pdf_0002288.pdf

2015. 01. 27. Tue

Paper

Synthetic Lipid Membrane Channels Formed by Designed DNA Nanostructures

(Martin Langecker,1* Vera Arnaut,1* Thomas G. Martin,2* Jonathan List,1 Stephan Renner,1 Michael Mayer,3 Hendrik Dietz,2† Friedrich C. Simmel1†) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349512042683

  • Synthetic DNA membrane channels
  1. nanometer-scale transmembrane channels in lipid bilayers by means of self-assembled DNA-based nanostructures
  2. a stem that penetrated and spanned a lipidmembrane
  3. a barrel-shaped cap that adhered to the membrane, in part via 26 cholesterol moieties
  • Red denotes transmembrane stem; orange strands with orange ellipsoids indicate cholesterol-modified oligonucleotides that hybridize to single-stranded DNA adaptor strands.

Membrance.png

알게된 점 : 물질 수송을 위한 합성 지질막 채널 형성에 대하여 알게 되었다.



2015. 01. 22. Thur

canDNAno

뫼비우스.png 뫼비우스2.png 뫼비우스3.png
폭 6nm
가로길이 252bp = 85.68nm
Scaffold bases applied:1644
Total staple count:45

- 저번에 만들어 본 나선을 응용해서 뫼비우스 띠 모양을 만들어 보고자 했으나 한 선으로 연결하는데 어려움을 겪어 완성하지 못하였다.

2015. 01. 20. Tue

paper

Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes

(Hendrik Dietz,1,2* Shawn M. Douglas,1,2,3 William M. Shih1,2,3†) http://www.sciencemag.org/content/325/5941/725.short

  • Design principles
  1. Every 7 base pairs (bp), the helical path of a strand rotates by 240° - a B-form–DNA
  2. deletion of a base pair - a left-handed torque and a pull on its neighbors
  3. insertion of a base pair - a right-handed torque and a push on its neighbors
  • the pattern of insertions and deletions installed to induce bending.

Curve- jhn.png

알게된점 : cadnano를 할 때 이용할 수 있는 bp당 구부러지는 정도에 대해 알게되었다.

canDNAno

Rmsf view1.png 나선2.png 나선3.png
폭 6nm
가로길이 1280bp = 435.2nm
Scaffold bases applied:7555
Total staple count:183 -논문에서 보인 나선모양을 관찰하여 따라해보았다.