Этот протокол сочетает в себе метод оригами ДНК снизу вверх с методами нанофабрикации сверху вниз, позволяющими параллельно изготовить неорганические наноструктуры с размерами суб-10 нанометров на различных субстратах. Этот метод может быть использован для создания миллиардов точных наноструктур одновременно, практически в любой форме без необходимости дорогостоящих методов шаблонирования. Этот метод может быть использован в приложениях зондирования, таких как поверхностно улучшенная раманская спектроскопия, а также для создания новых оптических метаповерх.
Хотя этот протокол довольно прост, необходимы дополнительные навыки дисциплинарного изготовления, и поэтому визуальная демонстрация будет полезна исследователям с различным опытом. Демонстрацией процедуры с Петтери Пискунен будет София Джулин, еще один аспирант из нашей лаборатории. Чтобы сделать запас основных нитей, смешать равное количество всех олигонуклеотидов, необходимых для структуры галстук-бабочка и смешать 20 микролитров M13 MP18 эшафот прядь с 40 микролитров основного решения фонда и 40 микролитров 2,5 X складной буфер в 200 микролитров ПЦР трубки.
Затем аннеал реакционной смеси в термоциклере от 90 до 27 градусов по Цельсию, как указано в таблице. Чтобы подготовить субстрат, погрузите примерно семь на семь миллиметров чипсы, вырезанные из сапфировой пластины в стеклянной таре 52 градусов по Цельсию ацетона, по крайней мере 15 минут, прежде чем передать чипы в стеклянный контейнер изопропанола в течение двух минут sonication. В конце sonication, используйте пинцет, чтобы удалить чипы из изопропанола и немедленно высушить чипы с азотом на максимально возможном потоке с чипом поверхностей параллельно направлению потока.
Для плазменного химического осаждения пара аморфного кремниевого слоя поместите высушенные стружки в плазменный инструмент осаждения химического пара и установите параметры осаждения в соответствии с моделью прибора и калибровкой, чтобы вырастить около 50 нанометров аморфного кремния. Для обработки кислородной плазмы аморфного кремниевого слоя поместите чипы в реактивный ионный прибор травления и установите параметры травления для генерации кислородной плазмы в соответствии с моделью прибора и калибровкой. Затем запустите программу обработки кислородной плазмы.
В течение 30 минут после обработки плазмы кислорода смешайте пять микролитров сложенного и очищенного раствора оригами ДНК с четырьмя микролитров складного буфера и одним микролитером одного хлорида молярного магния. Депозит 10 микролитров смеси оригами ДНК на каждый обработанный кислородом чип плазмы и покрыть чипы в течение пяти минут инкубации при комнатной температуре. В конце инкубации, мыть чип поверхностей с 100 микролитров дистиллированной воды, полоскания воды туда и обратно несколько раз с пипеткой, избегая при этом касаясь центров чипов.
После золы еще в два-три раза, как только что продемонстрировано, немедленно высушите стружки азотным потоком. Для выращивания маски диоксида кремния смешайте 100 граммов кремнеземного геля с 30 миллилитров дистиллированной воды. Поместите смесь кремнеземного геля в децикатор и разделте гель перфорированной пластиной.
Через 24 часа поместите чипы с адсорбированными оригами ДНК на перфорированную платформу в децикатор и поместите флакон, содержащий 10 миллилитров тетратрилсилового ортоцитата, с одной стороны чипов и флакон, содержащий 10 миллилитров гидроксида 25%аммония с другой стороны чипов. Затем загерметив камеру на 20-часовую инкубацию при комнатной температуре. В конце инкубации, кремниевая пленка диоксида будет сформирована на участках без структур оригами ДНК, создавая от 10 до 20 нанометров узорчатая маска с ДНК оригами формы отверстия.
Для реактивного ионового офорта диоксида кремния поместите чипы в реактивный ионный офорт и установите параметры травления, чтобы вытравить только два-пять манометров диоксида кремния, чтобы выявить аморфный слой кремния под отверстиями в маске диоксида кремния. Все параметры офорта должны быть оптимизированы для выбранных инструментов, так как правильные параметры зависят от типа оборудования и конкретной настройки. Возможно, потребоваться несколько итераций.
После запуска анозотропной программы офорта плазмы диоксида кремния, установите параметры травления, чтобы пробить 50 нанометровый аморфный кремниевый слой. Затем запустите программу офорта изотропной кремниевой плазмы. Для физического осаждения пара загрузите чипы в камеру испарения инструмента осаждения физического пара и выберите клей целевой металл.
Установите программу контроля толщины для целевого материала и толщины и запустите электронный луч, выравнивая луч к цели и увеличивая ток луча до тех пор, пока не будет достигнута скорость осаждения 0,05 нанометров в секунду. Затем испаряются до тех пор, пока окончательная толщина двух нанометров не будет достигнута. В конце испарения выберите второй целевой металл, не выветрая камеру и не прерывая процесс, и установите толщину.
Выровнять электронный луч к цели до тех пор, пока 0,05 нанометров в секунду осаждения ставка достигается до испарения до 20 нанометров толщина достигается. Металлическая структура в форме ДНК оригами будет создана через отверстия для масок диоксида кремния общей высотой 22 нанометров. После вентиляции камеры удалите образцы.
Для подъема гидрофторной кислоты погрузите образцы в офорт на основе гидрофторной кислоты и используйте пластиковые пинцеты для мягкого перемешивания образцов. Подождите, пока слой диоксида кремния вытравить полностью и металлический слой, чтобы отделить до полоскания образцов с двойной дистиллированной воды и изопропанола. Затем высушите образцы потоком азота, как это было продемонстрировано.
Для реактивного ионового офорта оставшегося аморфного кремния поместите чипы в реактивный ионный офортный инструмент и установите параметры травления для удаления всех 50 нанометров аморфного кремния. Вы запустите аморикофобную программу офорта кремниевой плазмы, чтобы удалить оставшийся аморфный кремний. Затем удалите образцы из реактивного ионное травления оборудования и храните их в покрытом контейнере.
Электрофорез агарозного геля и атомная силовая микроскопия могут быть использованы для анализа складывания оригами ДНК и качества очистки полиэтиленгликоль. Здесь показаны репрезентативные изображения атомной микроскопии силы после роста маск диоксида кремния. В то время как на этих изображениях можно наблюдать сканирование электронной микроскопии конечных металлических наноструктур.
На этих графиках была проанализирована оптическая функциональность металлических наноструктур, шаблонированных ДНК-оригами галстука-бабочки. Рост маски диоксида кремния имеет решающее значение для процесса и довольно чувствителен к влажности и реактивности TEOS. Поэтому эти параметры должны тщательно контролироваться для воспроизводимости.
Если техника оригами ДНК будет в дальнейшем сочетаться с хорошо упорядоченными образцами ДНК, это может проложить путь для изготовления метаматериалов и поверхностей в видимом диапазоне длин волн.
