脱氧核糖核酸介导基板无机结构纳米图案用于传感应用

该协议将自下而上的DNA折纸技术与自上而下的纳米制造方法相结合，允许在不同基材上并行制造具有低于10纳米特征尺寸的无机纳米结构。这种技术可用于一次创建数十亿精确的纳米结构，几乎以任何形状，而无需昂贵的图案方法。这种方法具有在表面增强拉曼光谱等传感应用中的潜力，并具有创造新型光学元表面的潜力。

虽然此协议相当简单，但需要更多的学科制造技能，因此，视觉演示对于具有各种背景的研究人员非常有用。与佩特里·皮斯库宁一起演示这个程序的将是索菲亚·朱林，我们实验室的另一位研究生。为了制造主食链的库存，将领结结构所需的所有寡核苷酸混合，在 200 微升 PCR 管中混合 M13 MP18 脚手架链的 20 微升和 40 微升 2.5 X 折叠缓冲液。

然后将反应混合物从90摄氏度到27摄氏度的热循环器中退火，如表中所示。要准备基材，将从蓝宝石晶圆中切割的大约 7 x 7 毫米的芯片浸入 52 摄氏度丙酮的玻璃容器中至少 15 分钟，然后将芯片转移到异丙醇的玻璃容器中，进行两分钟的声波化。在声波化结束时，使用钳子从异丙醇中去除芯片，并在芯片表面与流的方向平行时，立即用氮气在最高流量下干燥芯片。

对于非晶硅层的等离子体增强化学气相沉积，将干燥芯片放入等离子增强化学气相沉积仪器中，根据仪器模型和校准设置沉积参数，以生长约50纳米的非晶硅。对于非晶硅层的氧等离子体处理，将芯片放入反应离子蚀刻仪中，根据仪器模型和校准设置蚀刻参数以产生氧等离子体。然后运行氧气等离子体治疗程序。

在氧气等离子体处理后30分钟内，将5微升折叠和纯化的DNA折纸溶液与4个微升折叠缓冲液和1微升的氯化摩尔镁混合。将 10 微升的 DNA 折纸混合物沉积到每个氧气等离子体处理芯片上，并在室温下覆盖芯片进行 5 分钟的孵育。在孵化结束时，用100微升蒸馏水清洗芯片表面，用移液器来回冲洗水几次，同时避免接触芯片的中心。

在再次吹了两到三次后，立即用氮流干燥芯片。要种植二氧化硅面膜，请将 100 克硅胶与 30 毫升蒸馏水混合。将硅胶混合物放入干燥器中，用穿孔板分离凝胶。

24小时后，将含有吸附DNA折纸的芯片放在干燥器的穿孔平台上，在芯片的一侧放置含有10毫升四乙基矫酸的小瓶，将含有10毫升氢氧化铵的小瓶放在芯片的另一侧。然后在室温下密封室20小时。在孵化结束时，在没有DNA折纸结构的区域上会形成二氧化硅薄膜，形成一个10到20纳米的图案面膜，并形成DNA折纸形状的孔。

对于二氧化硅的活性离子蚀刻，将芯片放入反应离子蚀刻仪器中，将蚀刻参数设置为仅蚀刻二氧化硅的两到五个气压计，以揭示二氧化硅掩膜孔下无定形硅层。所有蚀刻参数都应针对所选仪器进行优化，因为正确的参数取决于设备类型和特定设置。可能需要一些迭代。

运行各向异性二氧化硅等离子体蚀刻程序后，将蚀刻参数设定为穿透50纳米非晶硅层。然后运行等向硅质蚀刻程序。对于物理气相沉积，将芯片加载到物理气相沉积仪的蒸发室中，并选择粘合目标金属。

设置目标材料和厚度的厚度控制程序，启动电子束，将光束与目标对齐，并增加光束电流，直到达到 0.05 纳米/秒的沉积速率。然后蒸发，直到达到两纳米的最终厚度。在蒸发结束时，选择第二个目标金属而不通风室或中断过程并设置厚度。

将电子束与目标对齐，直到达到 0.05 纳米/秒沉积速率，然后蒸发，直到达到 20 纳米厚度。DNA折纸形状的金属结构将形成通过总高度为22纳米的二氧化硅面罩孔。排出腔室后，取出样品。

对于氢氟酸的升空，将样品浸入氢氟酸基蚀刻中，并使用塑料钳子轻轻搅拌样品。等待二氧化硅层完全蚀刻和金属层分离，然后再用双蒸馏水和异丙醇冲洗样品。然后用氮液干燥样品，如所证明的。

对于剩余非晶硅的活性离子蚀刻，将芯片放入反应离子蚀刻仪器中，并通过去除所有50纳米的非晶硅来设置蚀刻参数。运行同向非晶硅等离子体蚀刻程序以去除剩余的非晶硅。然后从反应离子蚀刻设备中去除样品，并将其存放在带盖的容器中。

阿加罗斯凝胶电泳和原子力显微镜可用于分析DNA折纸折叠和聚乙烯二醇纯化的质量。在这里，显示了二氧化硅掩膜生长后具有代表性的原子力显微镜图像。在这些图像中，可以观察到最终金属纳米结构的电子显微镜。

在这些图形中，分析了金属纳米结构的光学功能，由领结DNA折纸模板化。二氧化硅掩码生长对过程至关重要，对TEOS的湿度和反应性相当敏感。因此，应仔细控制这些参数，以进行可重复性。

如果DNA折纸技术进一步与高有序的DNA模式相结合，它可能为在可见波长范围内制造超材料和表面铺平道路。