Name: assembly of gold nanorods into chiral plasmonic metamolecules using dna origami templates
Uploaded: 2019-03-05T14:30:00
Duration: 9 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates at JoVE.com

Forfatterne takker S. Voutilainen for henne hjelp med CD spectrometer. Forfatterne bekrefter fasiliteter og teknisk støtte av Aalto Universitetet i OtaNano - Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC). Dette arbeidet ble støttet av for Finlands akademi (grant 308992) og EUs horisonten 2020 forskning og innovasjon programmet under Marie Skłodowska-Curie gi avtalen nr. 71364.

1. prosjektert av DNA origami
<ol><li>Identifisere ønsket relative romlige ordningen med AuNRs og passer formen på DNA origami malen (figur 1A). Anslå strukturelle parameterne for AuNRs og origami maler. Finn omtrentlige plasseringen av stiftene som krever videre modifikasjon (figur 1B).</li>
	<li>Dataoverføre og installere caDNAno18 for å designe en DNA origami mal. I caDNAno, rute stillaset og stift tråder etter ønskede malen og generere stift tråder sekvensen ved å klikke Seq verktøyet. Klikk Paint-verktøyet og merke stift tråder som krever ytterligere endring (figur 1C).</li>
	<li>Klikk Eksporter verktøy for å eksportere de stift DNA-sekvensene (figur 1C) til en CSV-fil.</li>
	<li>Utforme double-strandet låser å fikse vinkel Θ mellom to origami pakker. Avhengig av den relative orienteringen av to pakker, kan origami Konstruer tilpasse venstre - eller høyrehendte (LH/RH) chiral romlige konfigurasjon (figur 1B).</li>
	<li>Importere stiftene CSV-filen til et regnearkprogram. Legg polyA10 på slutten av stiftene brukes for AuNR montering (håndtakene). Endre stift tråder på designet lås nettsteder med lås sekvenser. Merk: Samlingene i representant resultatene inneholder 36 håndtak stikker på 3 slutten av stiften tråder, 18 på hver DNA origami bunt, likt fordelt på to parallelle helikser hver 21 nt. Avstanden mellom først og siste håndtak posisjon er 168 nt, ca 57 nm (se vedlagte caDNAno filen).</li>
</ol>2. montering av DNA origami maler
<ol><li>Forberede en arbeider lager av stiften tråder (SM), inkludert tråder med håndtak og låser, ved å blande lik mengde konsentrasjon-normalisert stifte oligonucleotides (f.eks, 100 µM). Merk: Origami strukturer inneholder vanligvis flere hundre av stiften tråder. Stifter vanligvis kjøpes fra leverandører spesialiserer syntese av DNA oligonucleotides i multiwell (f.eks, 96-brønns) plater.</li>
	<li>500 µL av 10 nM origami, blande 50 µL Tris-EDTA (TE, 10 x), 100 µL av MgCl2 (100 mM), 25 µL av NaCl (100 mM), 175 µL av H2O, 100 µL av SM (0,5 µM), 5 µL av Lås tråder (5 µM) , og en 50 µL stillaset (100 nM).</li>
	<li>Anneal blandingen i en thermocycler fra 80 ° C til 20 ° C som beskrevet i tabell 1.</li>
</ol>3. DNA origami rensing
Merk: Denne delen beskriver protokollen for agarose gel rensing. DNA origami maler kan også bli renset ved hjelp av alternative tilnærminger38,39.
<ol><li>For 1% gel, oppløse 1 g agarose i 100 mL Tris borate EDTA (TBE, 0.5 x) ved oppvarming blandingen i en mikrobølgeovn. Legge til 10 µL av 10 000 x DNA flekken etter flekken spesifikasjonen. For å minimere eksponering for UV-lys på den utvinning trinnet (trinn 3.6), kan du bruke en DNA flekk som kan visualiseres under blå eksitasjon.</li>
	<li>Cool løsningen på ca 40 ° C og sakte legge 1 mL av MgCl2 (1.3 M) mens risting. Fell gel og ruge i 30 min ved romtemperatur.</li>
	<li>Sette det geleelektroforese apparatet og hell kald (4 ° C) kjører buffer (0,5 x TBE med 11 mM MgCl2) i boksen gel. Plass boksen gel i en isen vannbad.</li>
	<li>Legge til lasting buffer origami prøvene (6 x lasting buffer inneholder 15% polysucrose 400 og 0,25% bromophenol blå i vann). Legg prøvene i brønnene med riktig volum etter kammen brukes (f.eks, 50 µL for en 8-vel kam av 1,5 mm tykkelse).</li>
	<li>Kjøre geleelektroforese 2 h på 80 V. Merk: For å karakterisere origami og skille åpne og lukkede strukturen, bruke 2% gel i stedet for 1% og forlenge kjøretiden til 4 h.</li>
	<li>Bilde gel med gel imager (figur 2). Bruk en blå lys transilluminator å visualisere bandene, kuttet origami bandet, knuse gel på en parafilm og ekstra væske. Utvinning avkastningen er omtrent 40%.</li>
	<li>Pipetter væsken i en sentrifugal filter enhet og spinn på 3000 x g for 5 min. måle absorpsjon av origami løsningen på 260 nm med en UV-synlig (UV-VIS) spectrometer. Beregn konsentrasjonen av origami bruker en utryddelse koeffisient 1,3 x 108 M-1·cm-1. Merk: Typisk konsentrasjonen av origami løsning etter agarose gel rensing er 1-2 nM.</li>
	<li>Lagre renset origami malene på 4 ° C for senere bruk.</li>
</ol>4. syntese av gull nanorods
Merk: Protokollen for AuNR syntese er tilpasset fra forrige litteratur40 med mindre endringer.
<ol><li>Vask alle glass med Kongevann i 5 minutter, skyll den med vann, sonicate det med ultrapure vann og tørke den før bruk.</li>
	<li>Forberede 0,2 M hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), 1 mM HAuCl4, 4 mM AgNO3, 64 mM L (+)-askorbinsyre, og 6 mM NaBH4. Bruk kaldt vann (4 ° C) å oppløse NaBH4 og holde den i kjøleskap på 4 ° C. Askorbinsyre løsning må være nylaget. FORSIKTIG: CTAB er farlig ved hudkontakt (irriterende), øyekontakt (irriterende), fordøyelse og innånding. Bruk egnede verneklær. I tilfelle utilstrekkelig utlufting, Bruk egnet åndrettsvern. NaBH4 er ekstremt farlig ved hudkontakt (irriterende), øyekontakt (irriterende), fordøyelse og innånding. Bruk splash briller, en labfrakk, hansker og en damp og støv respirator. Husk å bruke en godkjent/sertifisert respirator eller tilsvarende.</li>
	<li>Forberede Au frø.<ol>
<li>Legge til 500 µL av CTAB (0,2 M), 250 µL ultrapure vann og 250 µL HAuCl4 (1 mM) i et hetteglass. Rør på 450 rpm ved romtemperatur for 5 min.</li>
		<li>Øke omrøring hastigheten til 1200 rpm. Legg 100 µL av kalde NaBH4 løsning (6 mM, 4 ° C). Etter 2 min, stopper omrøring og ruge løsningen i et vannbad på 30 ° C i 30 min før bruk.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Forberede AuNRs.<ol>
<li>Løses 0.55 g av CTAB og 0.037 g i 2,6-dihydroxybenzoic acid i 15 mL varmt vann (60-65 ° C) i en runde bunn kolbe. Avkjøl løsningen på 30 ° C, legge til 600 µL av AgNO3 (4 mM) og rør på 450 rpm i 2 minutter. Så, la løsningen uforstyrret i 15 min på 30 ° C.</li>
		<li>Legge 15 mL HAuCl4 (1 mM) til løsningen, og rør på 450 rpm for 15 min. legge 120 µL av L (+)-askorbinsyre (64 mM), og deretter umiddelbart, rør på 1200 rpm for 30 s. Legg 12 µL av Au frø og holder gripende 1200 RPM for 30 s.</li>
		<li>Inkuber løsningen i et vannbad ved 30 ° C i 18 t. Ikke forstyrr løsningen og bruker en lue til å lukke kolbe.</li>
		<li>Overføre den resulterende løsningen sentrifuge rør og sentrifuger 9500 x g i 12 min ved 20 ° C. Forkaste nedbryting, spre pellet i 20 mL ultrapure vann, og utfør ett sentrifugering skritt.</li>
		<li>Spre den endelige pellet i 3 mL destillert vann. Beregn konsentrasjonen av AuNRs fra en UV-VIS absorpsjon måling med utryddelse koeffisient for langsgående plasmon resonans. Utryddelse koeffisient kan forutsies AuNR figur parametere41. Lagre AuNRs på 4 ° C for videre bruk.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. functionalization av gull nanorods med enkelt-strandet DNA
Merk: Denne delen beskriver protokollen for AuNR functionalization med enkelt-strandet DNA (ssDNA), følge såkalte lav pH rute tilpasset fra forrige litteratur42. AuNRs dekket med DNA blir renset ved sentrifugering; Alternativt kan rensing utføres med agarose gel geleelektroforese.
<ol><li>Inkuber 20 µL av thiol-functionalized polyT DNA tilnærmingene (1 mM) med 20 µL av ferskt tilberedte tris(2-carboxyethyl) phosphine hydroklorid (TCEP, 14 mM) 1t å redusere disulfide obligasjoner. Merk: Skjemaet thiol groups obligasjoner med AuNRs, og polyT sekvensen arten med polyA10 håndtaket på origami, som for mange eller for få base parene kan føre til en feil eller en ustabil samling. FORSIKTIG: TCEP kan forårsake alvorlige hud brannsår og øyeskade. Bruk beskyttende hansker/beskyttende klær/øye beskyttelse/ansikts-sjerm.</li>
	<li>Mix 150 µL av AuNRs (10 nM) og 40 µL TCEP-behandlet thiol-DNA (0,5 mM). Legge til 1% natrium dodecyl sulfate (SDS) AuNR løsningen å nå en siste SDS konsentrasjon på 0,05%. Justere pH til 2,5-3 med ~ 1 µL av HCl (1 M).</li>
	<li>Inkuber for 2t mens riste på 70 rpm. Merk: AuNR-til-DNA forholdet bør være i 1:5, 000-15.000, avhengig av stenger. For AuNRs (70 nm x 30 nm) utarbeidet etter protokollen beskrevet i del 4, en 13.000 overflødig i thiol-DNA anbefales.</li>
	<li>Legg NaCl å nå en siste NaCl concertation 0,5 m og ruge 4 h ved romtemperatur mens riste på 70 rpm. Merk: En fargeendring på dette trinnet kan indikere en mislykket DNA functionalization.</li>
	<li>Justere pH til ~8.5 med TBE buffer (10 x) og ruge over natten.</li>
	<li>Vask DNA-AuNRs 4 x ved å blande prøvene med 1 mL av vaske bufferen (0,5 x TBE med 0,1% SDS), og sentrifuge 7000 x g for 30 min. fjerne nedbryting og resuspend DNA-AuNRs i den gjenværende væsken (~ 40 µL). Beregn konsentrasjonen av DNA-AuNRs fra en UV-VIS absorpsjon måling som beskrevet i trinn 4.4.5. Merk: Løsningen kan bli litt 'skyet' skritt 5.3-5.4 på grunn av CTAB utskifting fra overflaten av AuNRs av thiol-DNA. Løsningen bør avklares ved oppvarming opp til ~ 35 ° C i 5 minutter.</li>
</ol>6. montering av gull nanorods på DNA origami maler
<ol><li>Legge til MgCl2 løsning av renset DNA-AuNRs, til en siste konsentrasjon av 10 mM. Bland renset DNA-AuNRs og origami er en 10:1 ratio. Merk: Lavere forholdet reduseres produktet avkastning43.</li>
	<li>Anneal blandingen i en mikser med en temperaturkontroll fra 40 ° C til 20 ° C mens riste på 400 rpm, følge fremgangsmåten i tabell 2. Merk: For CD karakterisering, prøven kan måles etter dette trinnet uten ytterligere rensing.</li>
	<li>Bruke 0,7% agarose gel geleelektroforese (3,5 h på 80 V) å rense den endelige origami-AuNR strukturen.</li>
	<li>Bruk et hvitt lys transilluminator for bildebehandling. Kutte produkt bandet (origami-AuNR dimer) (Figur 3), knuse gel på en parafilm, og pakk ut væske. Pipetter væsken i en sentrifugal filter enhet og spinn på 3000 x g for 5 min. Resuspend origami-AuNRs i løsningen. Utvinning avkastningen fra gel er ca 50%.</li>
	<li>Beregn konsentrasjonen av origami-AuNR strukturer fra en UV-VIS absorpsjon måling som beskrevet i trinn 4.4.5.</li>
</ol>7. overføring elektronmikroskop bildebehandling
Merk: Denne uranyl formatter (UFo) flekker protokollen er tilpasset fra forrige litteratur44.
<ol><li>Mix 200 µL av UFo løsning (0,75%) og 1 µL av NaOH (5 M) og vortex umiddelbart for 2-3 min. sentrifuge flekken løsningen i 3-4 min 14.000 x g. Beskytte flekken fra lyseksponering (f.eks ved å pakke den i aluminiumsfolie). FORSIKTIG: UFo er giftig hvis innånding eller svelging og kan forårsake øyeirritasjon. Ved kort eksponering eller lav forurensning, bruke en åndedretts filter enhet. Bruk en selvstendig ÅNDEDRETTSBESKYTTELSE ved intensiv eller lengre eksponering. Bruk hansker. Hanskematerialet må være ugjennomtrengelig og bestandig overfor UFo og løsninger. Bruk Tettsittende vernebrille.</li>
	<li>Glød-utslipp karbon/formvar-belagt TEM rutenett for 6 s bare før bruk for å øke hydrophilicity og markedsføre stikker av strukturer. Pipetter 5 µL eksempel dråper på TEM rutenettet ruge i 5-8 min og fjerne miste ved å forsiktig trykke et filter papir med kanten av rutenettet.</li>
	<li>Pipetter en stor (~ 20 µL) og en liten (~ 10 µL) dråpe flekken løsningen på en parafilm. Sette rutenettet på liten flekk løsning miste og tørr umiddelbart ved å berøre filter papir med kanten av rutenettet. Deretter satte den på stor flekk løsning rullegardinlisten for 30 s.</li>
	<li>Fjern væsken på risten ved å berøre filter papir med kanten av rutenettet. Sted rutenettet i rutenett abonnenten. Vente på nettet for å tørke i minst 10 min.</li>
	<li>Karakterisere prøvene origami (Figur 4), AuNRs (figur 5) og origami-AuNRs (figur 6) av TEM.</li>
</ol>8. sirkulære dichroism måling
<ol><li>Tøm CD spectrometer med N2 for 20 min. Merk: De fleste spektrometre CD krever purging med N2 før lampe tenning. Sjekk CD spectrometer manualen.</li>
	<li>Angi båndbredde, skanning utvalg og oppkjøp trinn. Merk: Området skanning, avhenger av den optiske egenskapene av AuNRs, som avhenger av størrelsen på AuNRs.</li>
	<li>Mål tom CD med buffer.</li>
	<li>Måle CD spektra av origami-AuNR prøver (figur 7). Merk: Bruk quarts eller glass cuvettes for CD-måling. Plast cuvettes er uegnet for CD spektroskopi. Også tillate de fleste spektrometre CD samtidig oppkjøpet av absorpsjon og CD-data.</li>
</ol>

Forfatterne ikke avsløre.

Protokollen lanserer hele arbeidsflyten design, montering, rensing og karakterisering av DNA origami-baserte chiral samlinger av AuNRs. DNA origami malene i protokollen er spesielt egnet for fabrikasjon av stimuli-responsive samlinger. Ulike typer svar og functionalizes kan bli innlemmet i lås tråder som definerer chiral delstaten origami mal (figur 1B)24,25,26,31. For statisk samlinger er enklere blokkformet maler ofte tilstrekkelig14,45,46,47.
DNA origami-basert tilnærming til fabrikasjon av plasmonic nanostructure arver begrensninger av DNA origami teknikk48. Størrelsen på origami malene er vanligvis begrenset av størrelsen på stillaset strand. Stabiliteten av DNA-strukturer reduseres under loven-salt forhold. Kostnaden for syntetiske stift tråder fortsatt ganske høyt. Men er siste utviklingen innen strukturelle DNA nanoteknologi forventet å overvinne disse begrensningene49,50,51,52,53,54 , 55.
Sammenlignet med andre molekylær-baserte tilnærminger for å generere chiral samlinger på AuNRs34,35,36,37, gir DNA origami høy romlig presisjon og programmering.
For å oppnå pålitelige og reproduserbar optisk svar av chiral samlinger, anbefaler vi sterkt å tilpasse protokollene for AuNR syntese40, siden kvaliteten og optiske egenskaper av kommersielle produkter kan variere mellom bunker. Ekstra annealing (trinn 6.2) er ofte avgjørende for å sikre korrekt feste AuNRs DNA origami maler (figur 6).
Til slutt, protokollen beskrevet her er ikke begrenset til chiral samlinger. DNA origami gir en svært fleksibel plattform for fabrikasjon av komplekse plasmonic nanostrukturer9,10.

DNA nanostrukturer, DNA origami særlig brukt mye til å ordne molekyler og andre nanoskala komponenter (f.eks proteiner og nanopartikler [NPs]), med nanometer presisjon i nesten vilkårlig geometrier1,2 , 3 , 4 , 5. evne til å arrangere metall NPs på DNA origami maler med høy ytelse og nøyaktighet gjør fabrikasjon av plasmonic strukturer med romanen optiske egenskaper6,7,8, 9 , 10. DNA origami teknikken er spesielt nyttig for generering av chiral plasmonic strukturer, som krever genuint tredimensjonale arkitekturer11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
Denne protokollen beskriver i detalj hele prosessen med fabrikasjon av DNA origami mal chiral samlinger av AuNRs. Programvaren brukes for design21 struktur prediksjon22,23 av DNA origami er intuitivt og fritt tilgjengelig. Origami fabrikasjon og AuNR syntese bruker vanlige biokjemi laboratorieutstyr (f.eks thermocyclers, gel geleelektroforese, kokeplater, sentrifuger). Strukturer kjennetegnes ved hjelp av standard TEM og CD spektroskopi.
Fabrikasjon av lignende plasmonic nanostrukturer ovenfra og ned metoder (f.eks elektron strålen litografi) ville kreve ganske komplisert og dyrt utstyr. I tillegg gir DNA origami maler muligheten til å innlemme strukturelle reconfigurability i plasmonic samlinger24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, som er ekstremt utfordrende for strukturer fremstille med litografi teknikker. Sammenlignet med andre molekylære tilnærminger34,35,36,37, gir DNA origami-baserte fabrikasjon høy romlig presisjon og programmering.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:568px;" width="567">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">2,6-Dihydroxybenzoic acid</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">D109606-25</td>
			<td style="width:128px;">98+%</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:179px;">AgNO3</td>
			<td style="width:163px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:99px;">AA1141414</td>
			<td style="width:128px;">99.90%</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Blue light transilluminator&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Nippon Genetics</td>
			<td style="width:99px;">FG-06</td>
			<td style="width:128px;">FastGene LED Transilluminator</td>
		</tr>
		<tr height="51">
			<td height="51" style="height:51px;width:179px;">Bromophenol Blue</td>
			<td style="width:163px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:99px;">403160050</td>
			<td style="width:128px;">For agarorose gel&#160; loading buffer</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Centrifugal filter units</td>
			<td style="width:163px;">Merck Millipore</td>
			<td style="width:99px;">42600</td>
			<td style="width:128px;">DNA extraction from agarose</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Chirascan CD spectrometer&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Applied Photophysics</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Cuvette&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Hellma&#160;</td>
			<td style="width:99px;">105-202-85-40</td>
			<td style="width:128px;">Quartz SUPRASIL</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">DNA lobind tubes</td>
			<td style="width:163px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:99px;">30108051</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Eppendorf Biospectrometer&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:99px;">6135000904</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Eppendorf ThermoMixer C</td>
			<td style="width:163px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:99px;">5382000015</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:179px;">Ficoll 400</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:99px;">BP525-10</td>
			<td style="width:128px;">Polysucrose 400 (For agarorose gel&#160; loading buffer)</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Gel electrophoresis sets</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Gel imager</td>
			<td style="width:163px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;">Gel Doc XR+ System&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:179px;">HAuCl4&#8226;3H2O</td>
			<td style="width:163px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:99px;">AA3640006</td>
			<td style="width:128px;">99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">HCl&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Scharlau</td>
			<td style="width:99px;">AC07441000</td>
			<td style="width:128px;">1M</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">H9151-100</td>
			<td style="width:128px;">BioXtra, 98+%</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">L(+)-ascorbic acid</td>
			<td style="width:163px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:99px;">401471000</td>
			<td style="width:128px;">99+%</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">M13p7560 scaffold strand</td>
			<td style="width:163px;">Tilibit nanosystems</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:179px;">MgCl2&#8226;6H2O</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">M2670-500</td>
			<td style="width:128px;">BioXtra, 99+%</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:179px;">NaBH4</td>
			<td style="width:163px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:99px;">200050250</td>
			<td style="width:128px;">99%</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">NaCl</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">S7653-500</td>
			<td style="width:128px;">BioXtra, 99.5+%</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">NaOH</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">S8045-500</td>
			<td style="width:128px;">BioXtra, 98+%</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Parafilm</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">P7668-1EA</td>
			<td style="width:128px;">PARAFILM M</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">PBS buffer (10X)</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;">BP3991</td>
			<td style="width:128px;">Molecular Biology</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">ProFlex PCR System</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;">4484073</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Sodium dodecyl sulfate (SDS)</td>
			<td style="width:163px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:99px;">74255-250</td>
			<td style="width:128px;">99+%</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Staple strands</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Sybr Safe</td>
			<td style="width:163px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:99px;">S33102</td>
			<td style="width:128px;">For DNA stain</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">TBE buffer (10X)</td>
			<td style="width:163px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:99px;">15581-044</td>
			<td style="width:128px;">Molecular Biology</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">TE buffer (10X)</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;">BP24771</td>
			<td style="width:128px;">Molecular Biology</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">TEM</td>
			<td style="width:163px;">FEI</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;">FEI Tecnai F12</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Thiol-functionalized&#160; ssDNA&#160;</td>
			<td style="width:163px;">Biomers.net</td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:179px;">Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP-HCl)</td>
			<td style="width:163px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:99px;">PI20491</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">UltraPure Agarose</td>
			<td style="width:163px;">Invitrogen&#160;</td>
			<td style="width:99px;">16500-100</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">Ultrapure water (Type 1)</td>
			<td style="width:163px;"></td>
			<td style="width:99px;"></td>
			<td style="width:128px;">Milli-Q Direct 8 system</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">Uranyl Formate</td>
			<td style="width:163px;">Tebu-bio</td>
			<td style="width:99px;">24762-1</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:179px;">White light transilluminator</td>
			<td style="width:163px;">UVP</td>
			<td style="width:99px;">TW-26</td>
			<td style="width:128px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assembly of gold nanorods into chiral plasmonic metamolecules using dna origami templates

Den iboende adresserbarhet DNA origami strukturer gjør dem ideelle maler for arrangement av metall nanopartikler i komplekse plasmonic nanostrukturer. Høy romlig presisjon av en DNA origami mal forsamling kontrollerer koblingen mellom plasmonic resonanser av personlige partikler og kan skreddersy optiske egenskaper av konstruert nanostrukturer. Nylig tiltrukket chiral plasmonic systemer mye oppmerksomhet på grunn av den sterke sammenhengen mellom romlige konfigurasjonen av plasmonic samlinger og optisk svar (f.eks sirkulære dichroism [DVD]). I denne protokollen beskriver vi hele arbeidsflyten for generering av DNA origami-baserte chiral samlinger av gull nanorods (AuNRs). Protokollen inneholder en detaljert beskrivelse av designprinsipper og eksperimentelle prosedyrer for fabrikasjon av DNA origami maler, syntese av AuNRs og montering av origami-AuNR strukturer. I tillegg er karakterisering av strukturer overføring elektronmikroskop (TEM) og CD spektroskopi inkludert. Beskrevet protokollen er ikke begrenset til chiral konfigurasjoner og kan tilpasses for bygging av ulike plasmonic arkitekturer.

TEM bilder av DNA origami maler, AuNRs og siste origami-AuNR samlinger er vist i Figur 4, figur 5og figur 6A, henholdsvis. På grunn av deres bindende preferanse til TEM rister, er origami-AuNR samlinger vanligvis sett på som parallell origami bunter og stenger (figur 6en). Termisk annealing er nødvendig for riktig justering av AuNRs på origami maler (figur 6A, B). Protokollen gjør at høy avkastning av AuNRs i chiral metamolecules med sterk plasmonic CD svar (figur 7).
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Temperatur (° C)</td>
			<td>Tid</td>
		</tr>
<tr>
<td>80</td>
			<td>15 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>79 - 71</td>
			<td>1 ° C/1 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>70 - 66</td>
			<td>1 ° C/5 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>65 - 60</td>
			<td>1 ° C/30 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>59 - 37</td>
			<td>1 ° C/60 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>36 - 30</td>
			<td>1 ° C/15 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>29 - 20</td>
			<td>1 ° C/5 min</td>
		</tr>
<tr>
<td>20</td>
			<td>Hold</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: Temperaturer og priser for termisk annealing DNA origami maler.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Temperatur (° C)</td>
			<td>Tid (min)</td>
		</tr>
<tr>
<td>40</td>
			<td>130</td>
		</tr>
<tr>
<td>36</td>
			<td>180</td>
		</tr>
<tr>
<td>32</td>
			<td>180</td>
		</tr>
<tr>
<td>22</td>
			<td>Hold</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 2: temperaturer og holdt ganger for avspenning med AuNRs og DNA origami maler. Kjøling hastigheten mellom trinnene er satt til 0,1 ° C/min. Origami-AuNR DNA-prøvene er herdet mens riste på 400 rpm.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig1.jpg"> Figur 1 : Utformingen av DNA origami mal chiral metamolecules. (A) identifisere ønsket relative romlige ordningen av gull nanorods (AuNRs) og en passende form av malen DNA origami. (B) anslår strukturelle parametre for AuNRs (DAuNR, L-AuNR) og origami malen (Worigami, Lorigami, Θ). Finn omtrentlige plasseringen av stiftene som krever videre modifikasjon. (C) Design av DNA origami maler med caDNAno. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig2.jpg"> Figur 2 : Agarose gel geleelektroforese av origami. (A) rensing med 1% agarose gel geleelektroforese 2 h på 80 V. (B) karakterisering med 2% agarose gel geleelektroforese 4 h på 80 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig3.jpg"> Figur 3 : Agarose gel geleelektroforese rensing av origami-AuNRs. Gel (0,7%) ble kjørt 3,5 h på 80 V for prøver forberedt fremgangsmåten montering med forskjellige DNA-AuNR-til-origami forhold (20:1, 5:1) og eksempler (10:1 DNA-AuNRs-til-origami ratio) med/uten annealing prosedyren. Hvis TEM bilder av eksemplene i band 1 se 2 og 3, figur 6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig4.jpg"> Figur 4 : Representant TEM bilde av DNA origami malene. Origami strukturen består av to 14-helix bunter (80 nm x 16 nm x 8 nm) knyttet sammen av stillaset strand. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig5.jpg"> Figur 5 : Representant TEM bildet av AuNRs. Gjennomsnittlig syntetisk AuNRs er 70 x 30 nm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig6.jpg"> Figur 6 : TEM bilder av origami-AuNR samlinger. (A) AuNR dimers på origami etter annealing (band 1 i Figur 3). (B) AuNR dimers på origami uten annealing (band 2 i Figur 3). (C) Origami-AuNR samler (band 3 i Figur 3). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig6large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig7.jpg"> Figur 7 : CD spektra av origami-AuNR samlingene. CD spektra av lukkede strukturer (origami malene lovbunden lås tråder i en høyrehendt konfigurasjon, 50 ° mellom to origami pakker) og åpne strukturen (origami maler uten lås tråder). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig7large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates at JoVE.com

Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates

Vi beskriver detaljert protokollen for DNA origami-baserte montering av gull nanorods i chiral plasmonic metamolecules med sterk chiroptical svar. Protokollen er ikke begrenset til chiral konfigurasjoner og lett kan tilpasses til fabrikasjon av ulike plasmonic arkitekturer.

Montering av gull Nanorods i Chiral Plasmonic Metamolecules ved hjelp av DNA Origami maler

The inherent addressability of DNA origami structures makes them ideal templates for the arrangement of metal nanoparticles into complex plasmonic ...

Denne metoden tillater fabrikasjon av tredimensjonale chiral plasmonic samlinger med sterke kiroptiske svar. Den største fordelen med denne tilnærmingen er at det muliggjør fabrikasjon av komplekse metall nanostrukturer ved hjelp av fritt tilgjengelige programvareverktøy og felles biokjemi lab utstyr. Demonstrere prosedyren vil være Yike Huang en utdannet student og Minh-Kha Nguyen en postdoc fra laboratoriet mitt.Bruk caDNAno til å utforme en DNA origami mal. Før stillaset i stiftetråder i henhold til ønsket form på malen. Deretter genererer stift strand sekvenser ved å klikke sekvens verktøy.Klikk malingsverktøyet og merk stiftetrådene som krever ytterligere endring. Klikk eksportverktøyet for å eksportere DNA-stiftsekvensene til en CSV-fil. Deretter importerer du CSV-filen til et regnearkprogram.Legg til en polyadeninsekvens på slutten av stiftene som skal brukes som håndtak for gull nanorod montering. Endre stifttrådene på de utformede låseområdene med låsesekvenser. Forbered en arbeider lager av stift tråder inkludert tråder med håndtak og låser ved å blande like mengder konsentrasjon normalisert stift oligonucleotides.Deretter klargjør origami blandingen som beskrevet i tekstprotokollen. Anneal blandingen i termocycler fra 80 grader til 20 grader Celsius. For en 1% gel, oppløs ett gram agarose i 100 milliliter TBE ved å varme blandingen i mikrobølgeovnen.Tilsett 10 mikroliter på 10 000X DNA-flekk i henhold til flekkspesifikasjonen. For å minimere eksponeringen for UV-lys i ekstraksjonstrinnet, bruk en DNA-flekk som kan visualiseres under blå eksitasjon. Kast gelen og inkuber i 30 minutter ved romtemperatur.Legg deretter gelboksen i et isvannbad. Legg lasting buffer til origami prøver og laste prøvene inn i brønnene med et riktig volum i henhold til kjegle som brukes. Kjør elektroforesen i to timer på 80 volt.Bilde gelen med gelabilderen. Bruk en blå lys transilluminator for å visualisere båndene og kutte origami bandet. Deretter knuser gelen på parafilm og trekker ut væsken.Gjenvinningsutbyttet er ca. 40 % Pipette væsken i en sentrifugalfilterenhet og snurrer ved 3000 ganger G i fem minutter. Mål absorpsjonen av origami-løsningen ved 260 nanometer med et UV-synlig spektrometer. For å forberede gull nanorods, oppløs 0,55 gram CTAB og 0,037 gram 2, 6-Dihydroxybenzoic acid i 15 milliliter varmt vann i en rund bunnkolbe.Etter å ha avkjølt løsningen til 30 grader Celsius, tilsett 600 mikroliter med fire millimolar sølvnitrat og rør ved 450 RPM i to minutter. La løsningen være uforstyrret i 15 minutter ved 30 grader Celsius. Deretter legger du til 15 milliliter av en millimolar hydrogentetraklorat til løsningen og rører ved 450 RPM i 15 minutter.Legg også til 120 mikroliter på 64 millimolar L-askorbinsyre og rør umiddelbart ved 1, 200 RPM i 30 sekunder. Nå, legg til 12 mikroliter gullfrø og fortsetter å røre ved 1, 200 RPM i 30 sekunder. Inkuber løsningen i et vannbad ved 30 grader Celsius i 18 timer.Ikke forstyrr oppløsningen og bruk en hette til å lukke kolben. Overfør den resulterende løsningen til sentrifugerør og sentrifuge ved 9, 500 ganger G i 12 minutter ved 20 grader Celsius. Kast det overnaturlige og spre pellet i 20 milliliter ultra rent vann.Utfør enda et sentrifugeringstrinn og spre deretter den endelige pelleten i tre milliliter destillert vann. Estimer konsentrasjonen av gull nanorods fra en UV synlig absorpsjon måling ved hjelp av utryddelseskoeffisient for langsgående plasmon resonans. Bland 150 mikroliter med 10 nanomolar gull nanorods og 40 mikroliter av 0,5 millimolar TCEP behandlet tiol DNA.Legg til 1% SDS til gull nanorod løsningen til en endelig SDS konsentrasjon på 0,05%er nådd. Juster PH til mellom 2,5 og tre med omtrent en mikroliter av en molar HCL. Inkuber i to timer mens du rister ved 70 RPM.Tilsett natriumklorid for å oppnå en endelig natriumkloridkonsentrasjon på 0,5 molar og inkuber i fire timer ved romtemperatur mens du rister ved 70 RPM. Deretter justerer du PH til ca. 8,5 med 10X TBE-buffer og inkuberer over natten. Vask DNA-gullnanorodene fire ganger ved å blande prøvene med en milliliter vaskebuffer og sentrifuge ved 7 000 ganger G i 30 minutter.Fjern de overnaturlige og resuspend DNA gull nanorods i gjenværende væske. Anslå konsentrasjonen av DNA gull nanorods fra en UV synlig absorpsjon måling som før. Tilsett magnesiumklorid til løsningen av rensede DNA-gull nanorods til en endelig konsentrasjon på 10 millimolar.Bland de rensede DNA-gullnanorodene og origami til et forhold på 10 til én og gi blandingen i en mikser med temperaturkontroll fra 40 grader Celsius til 20 grader Celsius mens du rister ved 400 RPM. Bruk 0,7% agarose gel elektroforese for å rense de endelige origami gull nanorod strukturer. For TEM-bildebehandling kan du blande 200 mikroliter med 0,75 % uranylformatløsning og 1 mikroliter fem molarnatriumhydroksid.Vortex umiddelbart i to til tre minutter. Sentrifuger flekkløsningen i tre til fire minutter ved 14 000 ganger G.Beskytt deretter flekken mot lyseksponering ved å pakke den inn i aluminiumsfolie. Etter å ha økt hydrofalisiteten til TEM-nettene som beskrevet i tekstprotokollen, faller pipette fem mikroliterprøven på TEM-nettet.Etter en inkubasjon på fem til åtte minutter, fjern dråpen ved å berøre et filterpapir forsiktig med kanten av rutenettet. Nå pipette en stor dråpe og en liten dråpe av flekken løsning på et stykke parafilm. Sett gitteret på den lille flekkoppløsningsdråpen og tørk umiddelbart ved å berøre filterpapiret med kanten av gitteret.Deretter setter du den på den store flekkløsningsfallet i 30 sekunder. Vist her er et TEM bilde av DNA origami maler. Origami strukturen består av to 14 helix bunter knyttet sammen av stillas tråden.Her vises et representativt TEM-bilde av gullnanoroder. De gjennomsnittlige dimensjonene av syntetiserte gull nanorods er 70 av 30 nanometer. Dette bildet viser gull nanorod dimers på origami etter annealing.På grunn av deres bindende preferanse til TEM-rutenett, blir origami gull nanorod samlinger vanligvis sett på som parallelle origami bunter og stenger. Protokollen muliggjør høye utbytter av montering av gull nanorods i kiral meta-molekyler med sterke plasmoniske sirkulære dikthroisme svar. Vist her er spektra av de lukkede strukturer og de åpne strukturer.Etter utviklingen banet denne teknikken vei for forskere å utforske plasmoniske optiske egenskaper av komplekse selvmonterte metall nanostrukturer. Som beskrevet i tekstprotokollen, brukes flere farlige kjemikalier i denne metoden. Kontroller nøye bladet for materialsikkerhet og ta nødvendige forholdsregler.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Organic Chemistry

Chemistry

Unit 1

Stereoisomerism

SCIENTISTS IN ACTION

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

Origami Inspirert Self-montering av mønstret og rekonfigurerbar Partikler

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Mal Regissert Syntese av Plasmonic Gold Nanorør med Fleksibel IR Absorbans

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Folding og karakterisering av en Bio-responsive Robot fra DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

Utarbeidelse av Mica og Silicon Underlag for DNA Origami analyse og eksperimentering

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Hydrokinon Basert Syntese av gull nanorods

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Gene-therapy Inspired Polycation Coating for Protection of DNA Origami Nanostructures

Genterapi inspirert Polycation belegg for beskyttelse av DNA Origami nanostrukturer

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

DNA Origami-mediert substrat Nanopatterning av uorganiske strukturer for sensing Applications

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks MOFs

Utvikling av heterogene Enantioselective katalysatorer bruker chiral metal-organiske rammeverk (MOFs)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of ...

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

Quantitative SERS Detection of Uric Acid via Formation of Precise Plasmonic Nanojunctions within Aggregates of Gold Nanoparticles and Cucurbit[n]uril

Kvantitativ SERS-deteksjon av urinsyre via dannelse av presise plasmoniske nanoforskrifter innen aggregater av gull nanopartikler og Cucurbit[n]uril

This work describes a rapid and highly sensitive method for the quantitative detection of an important biomarker, uric acid (UA), via surface-enhanced ...

Single-Molecule SERS Measurements Enabled by Plasmonic DNA Origami Nanoantennas

Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Scattering Measurements Enabled by Plasmonic DNA Origami Nanoantennas

Single-Molecule Surface-Enhanced Raman Scattering Measurements Enabled by Plasmonic DNA Origami Nanoantennas (Video) | JoVE 

Enkeltmolekylære overflateforbedrede Raman-spredningsmålinger aktivert av plasmoniske DNA-origami-nanoantenner

Surface-enhanced Raman scattering (SERS) has the capability to detect single molecules for which high field enhancement is required. Single-molecule (SM) ...