Name: dna origami-mediated substrate nanopatterning of inorganic structures for sensing applications
Uploaded: 2019-09-27T15:00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications at JoVE.com

وقد حظي هذا العمل بدعم اكاديميه فنلندا (المشاريع 286845 ، 308578 ، 303804 ، 267497) ، ومؤسسه جين واياتوس ايركو ، ومؤسسه سايغريد جوييوس. وقد تم القيام بهذا العمل في اطار برنامج اكاديميه مراكز التميز في فنلندا (2014 – 2019). ونحن نعترف بتوفير المرافق والدعم التقني من قبل جامعه Aalto مرافق الاقتصاد الحيوي و OtaNano-مركز نانوميكروسكوبي (التو-السيد) ومركز ميكرونوفا Nanofabrication.

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

البروتوكول يوفر حريه كبيره ودقه في شكل النانو المنتجة. عن طريق تغيير تصميم اوريغامي الحمض النووي ، يمكن التحكم في شكل النانو المعدنية. يتم تحديد الشكل النهائي والدقيق للهياكل المعدنية بالاضافه إلى ذلك عن طريق خطوه النمو قناع (الخطوة 9) والي درجه اقل من النقش قناع (الخطوة 10) ينبغي ان لا يكون متباين الخواص. إذا تم تمديد الوقت قناع النمو بما فيه الكفاية ، فان الثقوب في القناع تبدا في النمو إغلاق. ويمكن استخدام هذا لحذف الميزات أنحف من بعض الهياكل والتحكم في احجام الفجوة ، كما هو موضح في شن وآخرون34 مع مثلثات مفصوله من اوريغامي ربطه (الاشكال 5b). وعلي العكس من ذلك ، يمكن الحفاظ علي الاشكال ارق أفضل من خلال تقصير وقت النمو أكسيد. وهذا يعني انه من الممكن لضبط الخصائص البصرية المعروضة في الشكل 6، وليس فقط عن طريق تغيير تصميم اوريغامي المستخدمة ، ولكن أيضا عن طريق ضبط النمو السينمائي سيو2 .

إذا تم تغيير سمك قناع بشكل ملحوظ ، يجب ان ينعكس هذا التغيير أيضا في الخطوة SiO2 RIE. فقط طبقه رقيقه جدا من سيو2 يجب ان تكون محفورة (2-5 nm) لاختراق بالبالكاد من خلال ثقوب القناع. هذا هو الجزء الأكثر حساسية وحاسمه من العملية برمتها. منذ النقش الوقت قصيرة للغاية ، فقط 10-20 s ، يجب تحديد الإعدادات الدقيقة بالتجربة عند محاولة لأول مره مع المعدات الجديدة. وهذا ينطبق أيضا علي الخطوة 10.4 كما تم محفورا بعض سيو2 خلال النقش ا-Si. يتم تحديد مدي المحفورة سيو2 من قبل انتقائية من المعلمات المستخدمة ا-Si حفر ، والمعدات وحتى معايره المعدات الفردية. وينبغي الحرص علي عدم الحفر بعيدا عن كامل الطبقةالثانية خلال هاتين العمليتين.

خطوه حساسة أخرى هي النمو سيو2 . عمليه النمو تعتمد علي كل من الرطوبة الغرفة والنشاط الحالي لل TEOS المستخدمة. TEOS يحط كما انه يمتص المياه من الهواء ، مما تسبب في ان تصبح اقل فعاليه مع التقدم في السن. ويمكن ان يظهر هذا المعدل بشكل إبطا بكثير ، واقل تحكما في النمو في غضون أشهر حتى مع التخزين السليم لهذه المادة الكيميائية. 34 إذا كانت طبقه سيو2 الناتجة ارق من المقصود ، فان هذا يمكن ان يشير إلى وجود مشكله في teos بدلا من رطوبة الغرفة. في حين ان انخفاض الرطوبة يمكن ان يؤدي أيضا إلى انخفاض معدل النمو وارق الفيلم ، يجب ان يكون الفيلم الناتج أيضا أكثر سلاسة من المعتاد. وفي الوقت نفسه الخشنة الحبيبات وطبقه خشنه علي العكس تشير إلى وجود مشكله مع ارتفاع نسبه الرطوبة.

ومن الممكن أيضا لتنفيذ هذا البروتوكول علي اي الركيزة الأخرى المختارة بحريه مع اثنين من المتطلبات: يجب ان تتسامح مع كل النقش HF (الخطوة 12) ودرجات الحرارة 200-300 °C من PECVD (الخطوة 6). ويمكن خفض درجه الحرارة بأمان إلى 100 درجه مئوية لل PECVD من ا-Si إذا تم استخدام ركيزة أكثر حساسية ، ولكن لا يمكن تجنب HF إذا تم اتباع البروتوكول بالبالضبط كما هو موضح. وللالتفاف علي التردد الHF ، سيلزم تطبيق طبقه اضافيه من الذبيحة. إذا تمت أزاله متطلبات النقش HF ، وهذا البروتوكول تصبح متوافقة مع مجموعه أوسع من المواد الركيزة والمعادن.

وبما ان هذا البروتوكول يتكون من العمليات الصغرى والقوية التي يشيع استخدامها ، فانه يمكن دمجها مع اي عدد من بروتوكولات التصنيع المجهري الأخرى التي ترغب فيها احجام الميزات الصغيرة والاشكال المعدنية المعقدة. في المستقبل القريب ، وخاصه مع مجيء منخفضه التكلفة الحمض النووي اوريغامي الكتلة الإنتاج31، وهناك احتمال لهذا الأسلوب لتسهيل كل من الاستخدام العام والانتاجيه العالية نانوباتيرنينج للنانوفوتونيكس القائم علي واجهه والبلازما55 .

وقد تطورت تكنولوجيا النانو الهيكلية الحمض النووي بسرعة خلال العقد الأخير1،2، والتنمية الأكثر تاثيرا في هذا المجال يمكن القول ان اختراع الحمض النووي اوريغامي3،4. تقنيه اوريغامي الحمض النووي يسمح تلفيق تقريبا اي نانوشكل مع الميزات الهيكلية دقيقه3,4. ويمكن استخدام هذه الطريقة القوية في (sub) نانومتر-الترتيب المكاني دقيقه ورسو الكائنات النانو الأخرى ، مثل الأنابيب النانويه الكربونية5، النانويه المعدنية6،7،8، 9، الانزيمات/البروتينات10،11،12،13 والمواد العلاجية14،15،16،17 . والاهم من ذلك ان هذه الهياكل ليست جامده فحسب ، ولكن يمكن برمجتها أيضا للعمل بطريقه ديناميكية18و19. التطبيقات التي لا تعد ولا تحصي من الحمض النووي اوريغامي نطاق من تسليم المخدرات20،21،22 إلى الكترونيات الجزيئية/plasmonics5،23،24، 25 ومن [متريلس] علم26,27 إلى رواية تصوير ومعايره تقنيات28.

والي جانب التطبيقات المذكورة أعلاه ، يمكن تسخير الدقة المكانية المتطرفة من الاشكال اوريغامي الحمض النووي في نانوباتيرنينج وحساسة الطباعة الحجرية النانو29،30. يصف هذا البروتوكول أسلوب الطباعة الحجرية لإنشاء النانو غير العضوية المنفصلة والدقيقة علي ركائز باستخدام قوالب اوريغامي الحمض النووي. هذه القوالب يمكن ان تنتج بكفاءة في مختلف الاشكال وبكميات كبيره31، وأودعت جهد علي ركائز مختاره علي نطاقات واسعه32. هذه الخصائص تسمح تلفيق موازيه للغاية من المليارات من النانو في خطوه واحده بدلا من استخدامها بشكل شائع ولكن بطيئه بالأحرى الطباعة الحجرية شعاع الكترون أو غيرها من تقنيات nanofabrication المسح القائم.

هنا ، يتم التدليل علي عمليه التصنيع من خلال إنشاء هياكل الذهب علي شكل bowtie علي نيرايد السيليكون وركائز الياقوت. وبعبارة أخرى ، يتم نقل المعلومات المكانية من الحمض النووي اوريغامي إلى النانو المعدنية تماما. كما نوقشت هنا ، لا تقتصر هذه التقنية علي هيكل اوريغامي المحددة الحمض النووي لان الطريقة تمكن من استخدام اي شكل من اشكال اوريغامي الحمض النووي تقريبا. وعلاوة علي ذلك ، مع التعديلات المنهجية ، ويمكن توسيع هذه التقنية إلى مختلف المعادن وركائز تمهيد الطريق نحو تصنيع metasurfaces33.

السطوح منقوشة مع الحمض النووي اوريغامي--بوساطة تلفيق قد تكون بمثابه أجهزه استشعار متعددة الاستخدامات. علي سبيل المثال ، فانها يمكن ان تستخدم في تحسين السطح الطيفي رامان (الموزعين). ونتيجة للابعاد الصغيرة لاشكال النانو الفردية ، قد تجد الأسطح التي تم إنشاؤها استخدامات في التطبيقات البصرية والبلازما في نطاق الطول الموجي المرئي.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1256px;" width="1255">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:351px;">Acetone</td>
			<td style="width:205px;">Honeywell</td>
			<td style="width:165px;">40289H</td>
			<td style="width:535px;">Semiconductor grade ULSI, &#8805; 99.5 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Agarose</td>
			<td>Fisher Bioreagents</td>
			<td>1036603</td>
			<td>Low-EEO, multi-purpose and molecular biology grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ammonium hydroxide</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>10652251</td>
			<td>25 % ammonia solution, Certified AR for Analysis, d = 0.91</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BRANSON 5510</td>
			<td>Branson</td>
			<td></td>
			<td>Ultrasonic bath</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Dimension Icon</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>Atomic force microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Electron-beam evaporator IM-9912</td>
			<td>Instrumentti Mattila</td>
			<td></td>
			<td>Evaporator for PVD</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ethidium bromide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>E8751</td>
			<td>Fluorescent dye for DNA staining</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Eon Microplate spectrophotometer</td>
			<td>BioTek</td>
			<td></td>
			<td>UV/Vis spectrophotometer used for DNA origami concentration measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gel Doc XR+ Documentation System</td>
			<td>BioRad</td>
			<td></td>
			<td>Gel imaging system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gel Loading Dye, Blue (6&#215;)</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>B7021S</td>
			<td>Bromophenol blue-based loading dye for agarose gel electrophoresis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">G-storm GS1 Thermal cycler</td>
			<td>Gene Technologies</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HBR 4</td>
			<td>IKA</td>
			<td></td>
			<td>Heating bath</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrofluoric acid</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td>40213H</td>
			<td>Semiconductor grade, 49.5-50.5 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Isopropanol</td>
			<td>Honeywell</td>
			<td>40301H</td>
			<td>Semiconductor grade VLSI, &#8805; 99.8 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Magnesium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>M8266</td>
			<td>Anhydrous, &#8805; 98 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mini-Sub Cell GT Horizontal Electrophoresis System</td>
			<td>BioRad</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plasmalab 80+ PECVD</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>PECVD system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Plasmalab 80+ RIE</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>RIE system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(ethylene glycol)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>89510</td>
			<td>BioUltra, 8,000</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PowerPac HC High-Current Power Supply</td>
			<td>BioRad</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sapphire substrate (Al2O3)</td>
			<td>University Wafer</td>
			<td></td>
			<td>Thickness: 430 &#956;m, Polish: DSP, Size: 50.8 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sigma VP</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>Scanning electron microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silica gel</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1019691000</td>
			<td>With indicator (orange gel), granulate ~1-3 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Single-stranded Scaffold DNA, type p7249</td>
			<td>Tilibit Nanosystems</td>
			<td></td>
			<td>At 100 nM concentration</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium chloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td>ACS reagent, &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Staple strands (oligonucleotides)</td>
			<td>Integrated DNA Technologies</td>
			<td></td>
			<td>Sequences can be ordered e.g. at 100 micromolar in Rnase-free water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">TAE buffer (50&#215;) pH 8.0</td>
			<td>VWR Chemicals</td>
			<td>444125D</td>
			<td>Electran Electrophoresis grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Take3 micro-volume plate</td>
			<td>BioTek</td>
			<td></td>
			<td>Used for DNA origami concentration measurements</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tetraethyl orthosilicate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>86578</td>
			<td>&#8805; 99.0 % (GC)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dna origami-mediated substrate nanopatterning of inorganic structures for sensing applications

توفر تكنولوجيا النانو الهيكلية للحمض النووي طريقا صالحا للبناء من أسفل إلى اعلي باستخدام الحمض النووي كمواد البناء. ويسمي تقنيه nanofabrication الحمض النووي الأكثر شيوعا اوريغامي الحمض النووي ، وانه يسمح تخليق عاليه الانتاجيه من الهياكل الدقيقة وتنوعا للغاية مع دقه نانومتر مستوي. هنا ، فانه يظهر كيف يمكن نقل المعلومات المكانية من الحمض النووي اوريغامي إلى النانو المعدنية من خلال الجمع بين الحمض النووي من أسفل إلى اعلي اوريغامي مع نهج الطباعة الحجرية من اعلي إلى أسفل المستخدمة تقليديا. وهذا يسمح تلفيق المليارات من النانو صغيره في خطوه واحده علي ركائز مختاره. ويتجلى هذا الأسلوب باستخدام القوس الحمض النووي اوريغامي لإنشاء هياكل هوائي علي شكل ربطه المعدنية علي نيرايد السيليكون أو ركائز الياقوت. يعتمد الأسلوب علي النمو الانتقائي لطبقه أكسيد السيليكون علي راس الركيزة ترسب اوريغامي ، مما ادي إلى قناع زخرفه للخطوات الحجرية التالية. ويمكن استخدام هذه الأسطح المجهزة بالنانو كاجهزه استشعار جزيئيه (علي سبيل المثال ، الطيفي المحسن لسطح رامان) وفي مختلف التطبيقات البصرية الأخرى في نطاق الطول الموجي المرئي نظرا لاحجام المعالم الصغيرة (الفرعية 10 نانومتر). ويمكن توسيع نطاق هذه التقنية لتشمل مواد أخرى من خلال التعديلات المنهجية ؛ ولذلك ، فان الأسطح النشطة بصريا الناتجة قد تجد استخدامها في تطوير ميتاماتيريالس و metasurfaces.

ويرد الرقم التخطيطي للتصميم الحمض النووي الربطة اوريغامي وتفاصيلها الهيكلية في الشكل 1. يتم استخدام الكهربائي هلام agarose و فؤاد لتحليل الحمض النووي للطي اوريغامي ونوعيه الربط تنقيه (الشكل 2). يتم عرض تدفق عمليه الخطوات نانوليثوغرافي في الشكل 3. ممثل فؤاد الصور بعدسيو 2 يظهر النمو قناع في الشكل 4 (ويصور هذه الخطوة في الشكل 3د) ، في حين صور SEM من النانو المعدنية النهائية يمكن ان ينظر اليه في الشكل 5 (ويصور هذه الخطوة في الشكل 3حاء). يوضح الشكل 6 الوظيفة البصرية لهياكل النانو المعدنية التي تصنعها اوريغامي الحمض النووي الربطة.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">للطي العازلة (فوب) تركيزات المكون [مم]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>تريس</td>
			<td>حمض الخليك</td>
			<td>EDTA</td>
			<td>كلوريد المغنيسيوم</td>
			<td>الرقم الهيدروجيني</td>
		</tr>
<tr>
<td>2.5 x فوب</td>
			<td>100</td>
			<td>47.5</td>
			<td>2.5</td>
			<td>31.25</td>
			<td>~ 8 ، 3</td>
		</tr>
<tr>
<td>1x فوب</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12.5</td>
			<td>~ 8 ، 3</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 1: تكوين المخزن المؤقت للطي (فوب).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>نطاق درجه الحرارة [oC]</td>
			<td>معدل التبريد</td>
		</tr>
<tr>
<td>90-70</td>
			<td>-0.2 درجه مئوية/8 ثانيه</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-60</td>
			<td>-0.1 درجه مئوية/8 ثانيه</td>
		</tr>
<tr>
<td>60-27</td>
			<td>-0.1 درجه مئوية/2 ثانيه</td>
		</tr>
<tr>
<td>12</td>
			<td>الانتظار حتى التوقف</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 2: منحدر الحرارية للطي الربطة اوريغامي. بعد الصلب ، سيتم تخزين اوريغامي في 12 سج حتى يتم إيقاف البرنامج يدويا.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>المعلمات PECVD و RIE</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>الغاز</td>
			<td>تدفق الغاز [sccm]</td>
			<td>ضغط الغرفة [mTorr]</td>
			<td>RF السلطة [W]</td>
			<td>درجه الحرارة [oC]</td>
			<td>المدة [باللغات]</td>
		</tr>
<tr>
<td>PECVD من ا-Si</td>
			<td>5% SiH4 في N2
</td>
			<td>500</td>
			<td>1000</td>
			<td>15</td>
			<td>250</td>
			<td>90</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>O2 علاج البلازما</td>
			<td>O2
</td>
			<td>50</td>
			<td>40</td>
			<td>200</td>
			<td>30</td>
			<td>1200</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>RIE من سيو2
</td>
			<td>3 فرنك سويسري
</td>
			<td>25</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>ع</td>
			<td>25</td>
			<td>30</td>
			<td>100</td>
			<td>25</td>
			<td>10-22</td>
		</tr>
<tr>
<td>ري اي سي</td>
			<td>O2
</td>
			<td>8</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>SF6
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35</td>
		</tr>
<tr>
<td>ري من المتبقية ا-Si</td>
			<td>O2
</td>
			<td>8</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>SF6
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35-40</td>
		</tr>
</tbody></table>الجدول 3: بارامترات عمليه لترسيب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما (PECVD) والنقش الأيوني التفاعلي (RIE). ان معلمات العملية لهذه الاجهزه خاصه بالأداات الفردية وقد تحتاج إلى تكييفها عند استخدامها.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> الشكل 1: تصميم اوريغامي الحمض النووي الربطة. (ا) التمثيل التخطيطي للتصميم اوريغامي ربطه الذي يظهر فيه الهيكل الأساسي كما الهلاليات المزدوجة و polyt-overhangs ويصور كخطوط متموجة. (B) لقطه من جزء من تصميم اوريغامي ربطه في برنامج cadnano. الصلبان الحمراء دلاله علي الزوج الأساسي تخطي لتصحيح تويست ، ويتم أضافه T8-overhangs لمنع التراص قاعده غير حاده. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> الشكل 2: توصيف بنيه اوريغامي الحمض النووي الربطة. (ا) اجبرز هلام الكهربائي من هيكل ربطه قبل وبعد بولي (الاثيلين جلايكول) (PEG) تنقيه. يتم استخدام السقالات الطويلة 7249 كمرجع. (B) صوره المجهر القوه الذرية (فؤاد) من الهياكل ربطه قبل تنقيه. (ج) فؤاد صوره من الهياكل ربطه بعد تنقيه PEG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> الشكل 3: مخطط تدفق عمليه التصنيع (الابعاد ليست في الحجم). (ا) النرد وتنظيف الركيزة. (ب) إيداع طبقه ا-سي بواسطة ترسب بخار كيميائي معزز بالبلازما (pecvd). * فمن الممكن لاستخدام طبقه الذبيحة اضافيه تحت ا-Si لتمكين الإقلاع مع الانشوده غير HF. (ج) علاج سطح العينة مع O2 البلازما والحمض النووي الودائع اوريغامي علي ذلك. (د) تنمو قناع سيو2 في المجففة. (ه) حفر طبقه رقيقه من سيو2 ومن خلال ا-Si تحته عن طريق النقش أيون التفاعلية (RIE). (و) إيداع المعدن من خلال القناع عن طريق ترسيب البخار المادي. (ز) الإقلاع بالتردد العال. (ح) أزاله المتبقية-Si من قبل RIE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
الشكل 4: ممثل فؤاد الصور من الفيلم سيو2 مع نمط الحمض النووي اوريغامي علي شكل. (ا) منطقه المسح الضوئي 10 μm x 10 μm توضح الغلة العالية لتشكيل النمط. (ب) يظهر المسح الضوئي الدقيق بدقه 3 ميكرومتر × 3 ميكرومتر الأنماط الفردية الدقيقة في فيلم سيو2 . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> الشكل 5: تصوير المجهر الكتروني التمثيلي (SEM) صور من النانو المعدنية templated مع اوريغامي الحمض النووي مختلفه هيكليا. (ا) اوريغامي الحمض النووي عبر الشكل ، اي ما يسمي البلاط seeman اوريغامي54. (ب) هوائيات bowtie. (ج) هياكل الازدواج المزدوج-l (cdl). Insets إظهار الهياكل الفردية مع احجام مربع من 150 nm العاشر 150 nm. الغلة تلفيق من الهياكل الدقيقة هو ما يصل إلى 76 ٪ لاوريغامي ربطه و ~ 50 ٪ للهياكل الأخرى المعروضة هنا34. وقد تم تكييف هذا الرقم وتعديله من شين وآخرون34. وقد استنسخ هذا الرقم باذن من المؤلفين ونشرته الرابطة الامريكيه للنهوض بالعلم ، 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> الشكل 6: الخصائص البصرية/الوظيفية التمثيلية لهياكل النانو الناتجة. (ا) قياسات رنين البلازما الموضعية المترجمة لهيكل الربطة الذهبية الفردية ذات الاستقطاب المختلف (اللون المرمز كالبرتقالي والأزرق). يتم قياس الخطوط الصلبة الأطياف والخطوط متقطع هي نتائج المحاكاة. تظهر insets صوره SEM للجسيم المقاسه (يسار) والنموذج المستخدم للمحاكاة (يمين). (B) سطح محسن رامان الطيفي (الموزعين) من رونامامين 6g و 2 ، 2-بييريددين تقاس علي سطح مغطاه النانو ربطه. يظهر خط الأساس لكل عينه مستوي الاشاره عند غياب النانو. وقد تم تكييف هذا الرقم وتعديله من شين وآخرون34. وقد استنسخ هذا الرقم باذن من المؤلفين ونشرته الرابطة الامريكيه للنهوض بالعلم ، 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> ملف تكميلي 1: ملف CaDNAno <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">الرجاء انقر هنا لتحميل هذا الملف.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> الملف التكميلي 2: تسلسل m13mp18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">الرجاء انقر هنا لتحميل هذا الملف.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> الملف التكميلي 3: تسلسل حبلا <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">التدبيس الرجاء انقر هنا لتحميل هذا الملف.</a>

Watch this Scientific Journal Video about DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications at JoVE.com

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

هنا ، ونحن وصف بروتوكول لخلق النانو غير العضوية منفصلة ودقيقه علي ركائز باستخدام الاشكال اوريغامي الحمض النووي كقوالب التوجيهية. ويتجلى هذا الأسلوب من خلال خلق الذهب plasmonic هوائيات علي شكل bowtie علي ركيزة شفافة (الياقوت).

الحمض النووي اوريغامي--بوساطة نانوباتيرنينج الركيزة من الهياكل غير العضوية لتطبيقات الاستشعار

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

يجمع هذا البروتوكول بين تقنية اوريغامي الحمض النووي من القاعدة إلى القمة مع أساليب من أعلى إلى أسفل للتقنية النانوية التي تسمح بالتلفيق الموازي للهياكل النانوية غير العضوية مع أحجام ميزات نانومتر دون 10 على ركائز مختلفة. يمكن استخدام هذه التقنية لإنشاء مليارات من الهياكل النانوية الدقيقة في وقت واحد ، في أي شكل تقريبًا دون الحاجة إلى طرق نقش باهظة الثمن. هذه الطريقة لديها القدرة على تسخيرها في الاستشعار التطبيقات مثل سطح تعزيز الطيف رامان ، فضلا عن خلق metasurfaces جديدة البصرية.على الرغم من أن هذا البروتوكول هو بسيط إلى حد ما، وهناك حاجة إلى المزيد من مهارات التصنيع التأديبية، وبالتالي، فإن العرض التوضيحي المرئي سيكون مفيدا للباحثين مع مجموعة متنوعة من الخلفيات. إظهار الإجراء مع بيتري Piskunen سيكون صوفيا جولين، طالب غراد آخر من مختبرنا. لجعل المخزون من خيوط الأساسية، مزيج كميات متساوية من كل من oligonucleotides اللازمة لهيكل التعادل القوس ومزيج 20 ميكرولترات من سبلة M13 MP18 حبلا مع 40 ميكرولترات من حل الأسهم الأساسية و 40 ميكرولترات من 2.5 X طي العازلة في 200 ميكرولتر PCR أنبوب.ثم الحنّي خليط التفاعل في ثيرسيكلر من 90 إلى 27 درجة مئوية كما هو مبين في الجدول. لإعداد الركيزة، غمر ما يقرب من سبعة من قبل سبعة ملليمتر رقائق قطع من رقاقة الياقوت في وعاء زجاجي من الأسيتون 52 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة على الأقل قبل نقل رقائق في وعاء زجاجي من الأيزوبروبانول لمدة دقيقتين من سونيكيشن. في نهاية سونيكيشن، واستخدام ملاقط لإزالة رقائق من ايزوبروبانول وتجفيف رقائق على الفور مع النيتروجين في أعلى تدفق ممكن مع أسطح رقاقة موازية لاتجاه التدفق.بالنسبة لترسب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما لطبقة السيليكون غير المتبلورة ، ضع الرقائق المجففة في جهاز ترسب البخار الكيميائي المعزز بالبلازما وحدد معلمات الترسيب وفقًا لنموذج الجهاز والمعايرة لينمو ما يقرب من 50 نانومترًا من السيليكون غير المتبلور. لعلاج البلازما الأكسجين من طبقة السيليكون غير متبلور، ووضع رقائق في أداة النقش الأيونات التفاعلية وتعيين المعلمات النقش لتوليد البلازما الأكسجين وفقا لنموذج الصك والمعايرة. ثم قم بتشغيل برنامج علاج البلازما الأكسجين.في غضون 30 دقيقة من علاج البلازما الأكسجين، مزيج خمسة ميكرولترات من محلول اوريغامي الحمض النووي مطوية ومنقّعة مع أربعة ميكرولترات من العازلة قابلة للطي وميكر واحد من كلوريد المغنيسيوم المولر واحد. إيداع 10 ميكرولترات من خليط اوريغامي الحمض النووي على كل رقاقة البلازما الأكسجين المعالجة وتغطية رقائق لمدة خمس دقائق الحضانة في درجة حرارة الغرفة. في نهاية الحضانة، وغسل الأسطح رقاقة مع 100 ميكرولترات من الماء المقطر، شطف المياه ذهابا وإيابا عدة مرات مع ماصة مع تجنب لمس مراكز رقائق.بعد ashing مرتين إلى ثلاث مرات أكثر كما أظهرت للتو، على الفور الجافة رقائق مع تدفق النيتروجين. لزراعة قناع ثاني أكسيد السيليكون، مزيج 100 غرام من هلام السيليكا مع 30 ملليلتر من الماء المقطر. ضع خليط هلام السيليكا في مجففات ونفصل الجل مع لوحة مثقبة.بعد 24 ساعة، ضع الرقائق مع اوريغامي الحمض النووي المصفّع على المنصة المثقبة في المجففة ووضع قارورة تحتوي على 10 ملليلتر من رباعي الإيثيليات العظمية على جانب واحد من الرقائق وقارورة تحتوي على 10 ملليلتر من هيدروكسيد الأمونيوم 25٪على الجانب الآخر من الرقائق. ثم ختم الغرفة لاحتضان 20 ساعة في درجة حرارة الغرفة. في نهاية الحضانة، سيكون قد شكلت فيلم ثاني أكسيد السيليكون على المناطق دون هياكل اوريغامي الحمض النووي، وخلق قناع نانومتر 10-20 منقوشة مع الحمض النووي اوريغامي على شكل ثقوب.لالنقش ايون رد الفعل من ثاني أكسيد السيليكون، ووضع رقائق في أداة النقش الأيونات التفاعلية وتعيين المعلمات الحفر لحفر اثنين إلى خمسة فقط من 2-100 من ثاني أكسيد السيليكون للكشف عن طبقة السيليكون غير متبلور تحت الثقوب في قناع ثاني أكسيد السيليكون. وينبغي أن تكون جميع المعلمات النقش الأمثل للأدوات المختارة، كما المعلمات الصحيحة تعتمد على نوع المعدات وإعداد محددة. قد تكون هناك حاجة إلى بعض التكرارات.بعد تشغيل برنامج نقش بلازما ثاني أكسيد السيليكون anisotropic ، قم بتعيين معلمات الحفر لاختراق طبقة السيليكون غير المتبلورة 50 نانومتر. ثم تشغيل برنامج النقش السيليكون متساوي التروبي. لترسب البخار المادي، قم بتحميل الرقاقات في غرفة التبخر لأداة ترسب البخار المادية وحدد معدن هدف لاصق.تعيين برنامج التحكم في سمك للمواد الهدف وسمك وبدء شعاع الإلكترون، محاذاة شعاع إلى الهدف وزيادة التيار شعاع حتى يتم الوصول إلى معدل ترسب من 0.05 نانومتر في الثانية الواحدة. ثم تتبخر حتى يتم التوصل إلى سمك النهائي من اثنين من نانومتر. في نهاية التبخر، حدد المعدن الهدف الثاني دون تنفيس الغرفة أو مقاطعة العملية وتعيين سمك.محاذاة شعاع الإلكترون إلى الهدف حتى يتحقق 0.05 نانومتر في الثانية معدل الترسب قبل التبخر حتى يتم الوصول إلى سمك 20 نانومتر. وسيتم إنشاء هيكل المعادن على شكل اوريغامي الحمض النووي من خلال ثقوب قناع ثاني أكسيد السيليكون مع ارتفاع إجمالي 22 نانومتر. بعد تنفيس الغرفة، وإزالة العينات.بالنسبة للاقلاع من حمض الهيدروفلوريك، غمر العينات في النقش القائم على حمض الهيدروفلوريك واستخدم ملاقط بلاستيكية لتحريك العينات بلطف. انتظر طبقة ثاني أكسيد السيليكون لحفر تماما وطبقة معدنية لفصل قبل شطف العينات مع الماء المقطر المزدوج وisopropanol. ثم جفف العينات مع تدفق النيتروجين كما هو موضح.لالنقش الايون رد الفعل من السيليكون غير متبلور المتبقية، ووضع رقائق في أداة النقش الأيون رد الفعل وتعيين المعلمات النقش من خلال إزالة جميع نانومتر 50 من السيليكون غير متبلور. تشغيل برنامج نقش بلازما السيليكون غير متبلور لإزالة السيليكون غير متبلور المتبقية. ثم إزالة العينات من معدات النقش الأيونية التفاعلية وتخزينها في حاوية مغطاة.يمكن استخدام Agarose جل الكهربائي والمجهر والقوة الذرية لتحليل الحمض النووي اوريغامي للطي ونوعية تنقية البولي ايثيلين جلايكول. هنا، تظهر صور المجهر التمثيلي للقوة الذرية بعد نمو قناع ثاني أكسيد السيليكون. بينما في هذه الصور، يمكن ملاحظة المجهر الإلكتروني المسح الضوئي من الهياكل النانوية المعدنية النهائية.في هذه الرسوم البيانية، تم تحليل الوظائف البصرية للهياكل النانوية المعدنية، التي تم قالبها من قبل اوريغامي التعادل القوس. نمو قناع ثاني أكسيد السيليكون أمر بالغ الأهمية للعملية وحساسة إلى حد ما للرطوبة والتفاعلات من TEOS. ولذلك، ينبغي أن يتم التحكم بعناية هذه المعلمات لإعادة إنتاج.إذا تم دمج تقنية اوريغامي الحمض النووي مع أنماط الحمض النووي ذات الترتيب العالي ، فإنها يمكن أن تمهد الطريق لتصنيع الأسطح والأسطح في نطاق الطول الموجي المرئي.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Microfluidic On-chip Capture-cycloaddition Reaction to Reversibly Immobilize Small Molecules or Multi-component Structures for Biosensor Applications

ميكروفلويديك على رقاقة رد الفعل التقاط-إضافة حلقية لشل حركة عكسية جزيئات صغيرة أو هياكل متعدد المكون للتطبيقات الاستشعار البيولوجي

Methods  for rapid surface immobilization of bioactive small molecules with control over  orientation and immobilization density are highly desirable for ...

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

تشكيل الهياكل الجزيئية البيولوجية أمرت قبل التجميع الذاتي من الببتيدات قصير

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

إعداد أطر مسعور المعدنية العضوية عبر البلازما المحسن ترسيب الأبخرة الكيميائية من Perfluoroalkanes لإزالة الأمونيا

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Mizoroki-هيك ردود الفعل عبر اقتران يحفزه ديكلورو {مكرر [1،1 &#39;،&#39;&#39; 1 - (phosphinetriyl) tripiperidine]} البلاديوم تحت ظروف التفاعل معتدل

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family ...

Highly Stable, Functional Hairy Nanoparticles and Biopolymers from Wood Fibers: Towards Sustainable Nanotechnology

مستقرة للغاية، وظيفية مشعر النانوية والبوليمرات الحيوية من ألياف الخشب: نحو تقنية النانو المستدام

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While ...

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

وتوليف [القصدير<sub&gt; 10</sub&gt; (سي (سايم<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; باستخدام متبدل الاستقرار القصدير (I) الحل هالايد تجميعي عبر تقنية المشارك التكثيف

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

نظرة ثاقبة لتفاعلات الأحماض الأمينية والببتيدات مع المواد غير العضوية عن طريق جزيء واحدة قوة التحليل الطيفي

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications

طرق بسيطة لإعداد المعادن غير النبيلة السائبة الأقطاب لتطبيقات إليكتروكاتاليتيك

The rock material pentlandite with the composition Fe4.5Ni4.5S8 was synthesized via high temperature synthesis from the elements. The structure and ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

حبر الطباعة كل الأحبار بيروفسكيتي هاليد غير العضوية من أجل التطبيقات الضوئية

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Iron Nanowire Fabrication by Nano-Porous Anodized Aluminum and its Characterization

الحديد نانوواير التصنيع بواسطة نانو المساميه ألومنيوم بأكسيد وتوصيفها

Magnetic nanowires possess unique properties that have attracted the interest of different fields of research, including basic physics, biomedicine, and ...