Dokument: Molecular engineering of patchiness and flexibility in all-DNA rods
| Titel: | Molecular engineering of patchiness and flexibility in all-DNA rods | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=59329 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20230426-092455-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Gvozden, Katarina [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Dhont, Jan K. G. [Gutachter] Dr. Emmanuel, Stiakakis [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Es ist seit langem bekannt, dass die beiden vorherrschenden Kräfte, die zur
Stabilisierung der DNS-Doppelhelix führen, aus der Paarbildung komplementärerer Basen und aus der stapelartigen Anordnung (stacking) benachbarter Basen-Paare resultieren. Das Stacking zwischen den Enden einzelner Doppelstränge, die sogenannte Stapelung stumpfer Enden (blunt-end stacking) spielt eine entscheidende Rolle bei der Selbstorganisation von DNS, was wiederum ein Schlüsselprozess bei der nano- Fabrikation DNS-basierter Materialien ist. Allerdings ist die Bedeutung noch nicht völlig geklärt, die diese schwachen, nicht- kovalenten intramolekularen Stapelkräfte für kollektive Phänomene haben, wie z. B. der hierarchischen Organisation in Flüssigkristallen aus stäbchenartigen reinen DNS- Mesogenen. In der vorliegenden Arbeit wurden Methoden entwickelt, diese anziehenden Kräfte abzuschirmen, indem die stumpfen Enden mit verschiedenen DNS-Einzelstrangmotiven abgedeckt wurden. An steifen, vollständig gepaarten DNS-Doppelsträngen und an unvollständig gepaarten oder lückenhaften Doppelsträngen, sogenannte Ketten- Stäbchen Architekturen, wurde untersucht, wie diese Abschirmungsmechanismen genutzt werden können, um eine spezifische Direktionalität der intramolekularen Wechselwirkung (Patchiness) zu erzeugen. Die vorgelegte Arbeit liefert eine vollständige Charakterisierung der Wechselwirkung durch Stapelung stumpfer Enden zwischen DNS-Doppelsträngen und klärt deren Rolle bei der Bildung von smektischen Phasen aus reinen DNS-Bausteinen. In diesen geschichteten Flüssigkristallstrukturen kann eine reiche Vielfalt von Packungen und molekularen Konformationen erzeugt werden, indem Flexibilität und Patchiness der erwähnten DNS-Stäbchen kontrolliert werden. Mit einer Kombination von Kleinwinkel-Röntgenstreuung und Polarisationsmikroskopie unterstützt mit Monte Carlo Simulationen wurden die konzentrationsabhängigen Phasendiagramme von halb und vollständig abgedeckten, linearen DNS-Doppelsträngen erstellt. Außerdem wurde gefunden, dass das Phasenverhalten von vollständig repulsiven DNS-Ketten-Stäbchen-Strukturen (vollständig abgedeckte, lückenhafte Doppelstränge) bemerkenswert vielfältig ist, was sich in mehrfachen Ordnung-Ordnung Übergängen in Abhängigkeit von Flexibilität (Länge des Kettesegments) und der Konzentration zeigt. Die präsentierten Ergebnissen stellen einen direkten Beweis für die monovalente, attraktive, uneinheitliche Natur der stumpfen Enden dar und eröffnen einzigartige Möglichkeiten, das Gebiet der gerichteten Selbstorganisation in Flüssigkristallen auf DNS-Basis weiter zu entwickeln.It has been known for long that the two dominant stabilizing forces in the formation of the DNA double helix arise from the stacking between adjacent base-pairs and from the pairing between complementary bases. Base stacking between the end of individual duplexes, the so-called blunt-end stacking, plays a crucial role in DNA self-assembly, which in turn is a key process in the nanofabrication of novel DNA-based materials. However, the importance and a suitable modelling of these weak and non-covalent intermolecular stacking forces in collective phenomena, such as the hierarchical assembly in all-DNA rod-like liquid crystals, is not yet fully understood. The thesis at hand explores how a selective screening scheme of these attractions in the stiff all-DNA constructs with a linear (full-paired duplexes) and a chain-stick (gapped duplexes) architecture, on the basis of single-stranded DNA capped blunt-ends, can be developed to encode specific directionality in their intermolecular interactions (patchiness). The work presented herein provides a full characterization of blunt-ends stacking interactions between DNA-duplexes, and clarifies the role that they play in the formation of smectic all-DNA phases. A rich packing and molecular conformation diversity are generated within these layered liquid crystalline structures by controlling the flexibility and the patchiness of the above-mentioned all-DNA rods. Through a combination of small-angle X-ray scattering and polarization microscopy, assisted by Monte Carlo simulations, the concentration-dependent phase diagrams of semi-capped and fully-capped linear DNA duplexes are provided. Moreover, the phase diagram of purely repulsive all-DNA chain-sticks (fully-capped gapped DNA duplexes) is found to exhibit a remarkably rich phase behaviour, as reflected by the multiple order-to-order liquid crystal transitions by altering the chain-stick flexibility (chain length) or/and DNA concentration. The presented results offer a direct proof of the blunt-ends monovalent attractive patchy character, highlighting unique opportunities for advancing the field of directed self- assembly in DNA-based liquid crystals. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 26.04.2023 | |||||||
| Dateien geändert am: | 26.04.2023 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 25.11.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 21.01.2022 |
