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

Ce travail a été soutenu par l'Académie de Finlande (projets 286845, 308578, 303804, 267497), la Fondation Jane et Aatos Erkko, et la Fondation Sigrid Jusélius. Ce travail a été réalisé dans le cadre du programme des Centres d'excellence de l'Académie de Finlande (2014-2019). Nous reconnaissons la fourniture d'installations et de soutien technique par les installations de bioéconomie de l'Université d'Aalto et le Centre de nanomicroscopie D'OtaNano (Aalto-NMC) et le Centre de nanofabrication Micronova.

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Le protocole offre une grande liberté et précision sous la forme de nanostructures produites. En modifiant la conception de l'origami d'ADN, la forme des nanostructures métalliques peut être contrôlée. La forme finale et exacte des structures métalliques est en outre déterminée par l'étape de croissance du masque (étape 9) et, dans une moindre mesure, par la gravure du masque (étape 10) si elle n'est pas anisotropique. Si le temps de croissance du masque est suffisamment prolongé, les trous dans le masque commenceront à se refermer. Cela peut être utilisé pour omettre les caractéristiques les plus minces de certaines structures et la taille des écarts de contrôle, comme démontré dans Shen et al.34 avec des triangles séparés de l'origami noeud papillon (Figures 5B). Inversement, les formes plus minces peuvent être mieux préservées en raccourcissant le temps de croissance de l'oxyde. Cela signifie qu'il est possible de régler les propriétés optiques affichées dans la figure 6, non seulement en changeant la conception d'origami utilisé, mais aussi en accordant la croissance du film SiO2.

Si l'épaisseur du masque est modifiée de manière significative, ce changement doit également être reflété dans l'étape SiO2 RIE. Seule une très mince couche de SiO2 doit être gravée (2-5 nm) pour percer à peine les trous du masque. C'est la partie la plus sensible et cruciale de tout le processus. Étant donné que le temps de gravure est extrêmement court, seulement 10-20 s, les paramètres exacts doivent être déterminés expérimentalement lors de la première tentative avec de nouveaux équipements. Cela est également vrai pour l'étape 10.4 que certains SiO2 est également gravé au cours de la gravure a-Si. L'étendue du SiO2 gravé est déterminée par la sélectivité des paramètres de etch a-Si utilisés, de l'équipement et même des étalonnages individuels de l'équipement. Il faut prendre soin de ne pas défoncirer toute la couche SiO2 au cours de ces deux processus.

Une autre étape sensible est la croissance SiO2. Le processus de croissance dépend à la fois de l'humidité de la chambre et de l'activité actuelle du TEOS utilisé. TEOS se dégrade à mesure qu'il adsobe l'eau de l'air, ce qui la rend moins efficace avec l'âge. Cela peut se manifester comme un taux de croissance beaucoup plus lent et moins contrôlable en quelques mois, même avec un stockage approprié du produit chimique. 34 Si la couche SiO2 qui en résulte est plus mince que prévu, cela peut indiquer un problème avec TEOS plutôt que l'humidité de la chambre. Bien qu'une humidité plus faible puisse également entraîner un taux de croissance plus faible et un film plus mince, le film qui en résulte devrait également être plus lisse que la normale. Pendant ce temps, une couche grossière granulée et rugueuse indiquerait à l'inverse un problème d'humidité élevée.

Il est également possible d'effectuer ce protocole sur tout autre substrat librement choisi avec deux exigences : il doit tolérer à la fois la gravure HF (étape 12) et les températures de 200-300 oC du PECVD (étape 6). La température peut être abaissée en toute sécurité à 100 oC pour le PECVD d'un-Si si un substrat plus sensible est utilisé, mais HF ne peut pas être évitée si le protocole est suivi exactement comme décrit. Pour contourner HF, l'application d'une couche sacrificielle supplémentaire serait nécessaire. Si l'exigence de la gravure HF est supprimée, ce protocole deviendrait compatible avec une plus grande sélection de matériaux et de métaux de substrat.

Comme ce protocole se compose de processus de micro- et nanofabrication couramment utilisés et robustes, il pourrait être combiné avec un certain nombre d'autres protocoles de microfabrication où de petites tailles d'entités et des formes métalliques complexes sont souhaitées. Dans un proche avenir, en particulier avec l'arrivée de l'ADN à faible coût origami production de masse31, il est possible pour cette méthode de faciliter à la fois l'utilisation générale et le nanopatterning à haut débit pour la nanophotonique basée sur l'interface et la plasmonique55 .

La nanotechnologie structurale de l'ADN a rapidement évolué au cours de la dernière décennie1,2, et le développement le plus influent dans le domaine a sans doute été l'invention de l'ADN origami3,4. La technique de l'origami d'ADN permet la fabrication de pratiquement n'importe quelle nanoforme avec des caractéristiques structurales précises3,4. Cette méthode puissante peut être utilisée dans l'arrangement spatial (sous)nanomètre précis et l'ancrage d'autres nano-objets, tels que les nanotubes de carbone5, nanoparticules métalliques6,7,8, 9, enzymes/protéines10,11,12,13 et matériaux thérapeutiques14,15,16,17 . Fait important, ces structures ne sont pas seulement statiques, mais elles peuvent aussi être programmées pour agir de manière dynamique18,19. Les innombrables applications de l'ADN origami vont de la livraison de médicaments20,21,22 à l'électronique moléculaire / plasmoniques5,23,24, 25 et de la science des matériaux26,27 à de nouvelles techniques d'imagerie et d'étalonnage28.

Outre les applications mentionnées ci-dessus, la résolution spatiale extrême des formes d'origami d'ADN pourrait être exploitée dans le nanopatterning et la lithographie nanométrique délicate29,30. Ce protocole décrit une méthode de lithographie pour créer des nanostructures inorganiques discrètes et précises sur des substrats à l'aide de modèles d'origami d'ADN. Ces modèles peuvent être efficacement produits dans diverses formes et en grandes quantités31,et déposés sans effort sur les substrats choisis à de grandes échelles32. Ces propriétés permettent une fabrication très parallèle de milliards de nanostructures en une seule étape par opposition à la lithographie à faisceau d'électrons couramment utilisée mais plutôt lente ou à d'autres techniques de nanofabrication basées sur la numérisation.

Ici, le processus de fabrication est démontré en créant des structures en forme de noeud papillon d'or sur le nitride de silicium et les substrats de saphir ; en d'autres termes, l'information spatiale de l'origami d'ADN est transférée à des nanostructures entièrement métalliques. Comme nous l'avons vu ici, la technique ne se limite pas à la structure sélectionnée de l'origami d'ADN noeud papillon puisque la méthode permet l'utilisation de pratiquement n'importe quelle forme d'origami d'ADN. En outre, avec des modifications méthodiques, la technique peut être étendue à différents métaux et substrats ouvrant la voie à la fabrication de métasurfaces33.

Les surfaces modelées avec la fabrication origami-négociée d'ADN peuvent servir de capteurs polyvalents ; par exemple, ils peuvent être utilisés dans la spectroscopie Raman améliorée en surface (SERS). En raison des petites dimensions des nanoformes individuelles, les surfaces créées peuvent trouver des utilisations dans des applications optiques et plasmoniques à la plage de longueur d'onde visible.

<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

La nanotechnologie de l'ADN structurel offre une voie viable pour la construction à partir du bas vers le haut en utilisant l'ADN comme matériau de construction. La technique de nanofabrication d'ADN la plus courante est appelée origami d'ADN, et elle permet la synthèse à haut débit de structures précises et très polyvalentes avec une précision de niveau nanomètre. Ici, il est montré comment l'information spatiale de l'origami d'ADN peut être transférée aux nanostructures métalliques en combinant l'origami d'ADN ascendant avec les approches de lithographie descendante utilisées conventionnellement. Cela permet la fabrication de milliards de nanostructures minuscules en une seule étape sur des substrats sélectionnés. La méthode est démontrée à l'aide de l'origami d'ADN noeud papillon pour créer des structures d'antenne métalliques en forme de noeud papillon sur des substrats de nitride de silicium ou de saphir. La méthode repose sur la croissance sélective d'une couche d'oxyde de silicium sur le substrat de dépôt d'origami, résultant ainsi en un masque de modelage pour suivre les étapes lithographiques. Ces surfaces équipées de nanostructures peuvent être utilisées comme capteurs moléculaires (p. ex., spectroscopie Raman améliorée en surface) et dans diverses autres applications optiques à la plage de longueur d'onde visible en raison de la petite taille des entités (moins de 10 nm). La technique peut être étendue à d'autres matériaux par des modifications méthodologiques; par conséquent, les surfaces optiquement actives qui en résultent peuvent être utilisées dans le développement de métamatériaux et de métasurfaces.

Une figure schématique de la conception d'origami d'ADN de noeud papillon et de ses détails structurels sont montrées dans la figure 1. L'électrophorèse de gel d'Agarose et l'AFM sont utilisées pour analyser le pliage de l'origami d'ADN et la qualité de la purification du PEG (Figure 2). Le flux de processus des étapes de nanolithographie est affiché dans la figure 3. Les images représentatives de l'AFM après la croissance du masque SiO2 sont montrées à la figure 4 (cette étape est représentée dans la figure 3D), tandis que les images SEM des nanostructures métalliques finales peuvent être vues dans la figure 5 (cette étape est représentée dans Figure 3H). La figure 6 démontre la fonctionnalité optique des nanostructures métalliques modélisées par l'origami d'ADN noeud papillon.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Concentrations de composants de tampon de pliage (FOB) [mM]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Tris</td>
			<td>acide</td>
			<td>Edta</td>
			<td>Chlorure de magnésium</td>
			<td>Ph</td>
		</tr>
<tr>
<td>2.5x FOB</td>
			<td>100</td>
			<td>47.5</td>
			<td>2.5</td>
			<td>31.25</td>
			<td>8,3 euros</td>
		</tr>
<tr>
<td>1x FOB</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12.5</td>
			<td>8,3 euros</td>
		</tr>
</tbody></table>Tableau 1 : Composition du tampon pliant (FOB).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Gamme de température [oC]</td>
			<td>Taux de refroidissement</td>
		</tr>
<tr>
<td>90-70</td>
			<td>-0.2 C / 8 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-60</td>
			<td>-0.1 C / 8 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>60-27</td>
			<td>-0.1 C / 2 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>12</td>
			<td>Tenir jusqu'à ce qu'il soit arrêté</td>
		</tr>
</tbody></table>Tableau 2 : Rampe thermique pour le pliage origami noeud papillon. Après l'annexion, l'origami sera stocké à 12 oC jusqu'à ce que le programme soit arrêté manuellement.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Paramètres PECVD et RIE</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>essence</td>
			<td>Flux de gaz [sccm]</td>
			<td>Pression de chambre [mTorr]</td>
			<td>Puissance RF [W]</td>
			<td>Température [oC]</td>
			<td>Durée [s]</td>
		</tr>
<tr>
<td>PECVD de a-Si</td>
			<td>5% SiH4 en 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 traitement plasmatique</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 de SiO2
</td>
			<td>CHF3
</td>
			<td>25</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Ar</td>
			<td>25</td>
			<td>30</td>
			<td>100</td>
			<td>25</td>
			<td>10-22</td>
		</tr>
<tr>
<td>RIE de a-Si</td>
			<td>O2
</td>
			<td>8</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>SF6 Annonces
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35</td>
		</tr>
<tr>
<td>RIE de rester a-Si</td>
			<td>O2
</td>
			<td>8</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>SF6 Annonces
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35-40</td>
		</tr>
</tbody></table>Tableau 3 : Paramètres de traitement pour le dépôt de vapeur chimique plasma-amélioré (PECVD) et la gravure réactive d'ion (RIE). Les paramètres de processus de ces dispositifs sont spécifiques à des instruments individuels et peuvent devoir être adaptés lorsqu'ils sont utilisés.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> Figure 1: Conception de l'origami d'ADN de noeud papillon. (A) Représentation schématique de la conception origami noeud papillon dans lequel la structure de base est montré comme double hélice et les polyT-surplombs sont représentés comme des lignes ondulées. (B) Capture d'écran d'une partie de la conception origami noeud papillon dans le logiciel caDNAno. Les croix rouges dénotent la paire de base ensautant pour la correction de torsion, et les t 8-surplombs sont ajoutés pour empêcher l'empilement de base émoussé-extrémité. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> Figure 2: Caractérisation de la structure origami d'ADN de noeud papillon. (A) Électrophoresis de gel d'agarose de la structure de noeud papillon avant et après la purification de poly (éthylène glycol) (PEG). Le long échafaudage de 7249 nucléotides est utilisé comme référence. (B) Image de microscopie de force atomique (AFM) des structures de noeud papillon avant la purification. (C) Image AFM des structures de noeud papillon après la purification de PEG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> Figure 3: Schéma de flux de processus de fabrication (les dimensions ne sont pas à l'échelle). (A) Dés et nettoyer le substrat. (B) Déposer une couche a-Si par dépôt de vapeur chimique amélioré par plasma (PECVD). Il est possible d'employer une couche sacrificielle supplémentaire sous l'a-Si pour permettre le décollage avec l'étchant autre que HF. (C) Traiter la surface de l'échantillon avec du plasma O2 et déposer de l'origami d'ADN sur elle. (D) Cultivez le masque SiO2 en dessiccateur. (E) Etch une fine couche de SiO2 et à travers l'a-Si en dessous par gravure à l'ion réactif (RIE). (F) Déposer le métal à travers le masque par dépôt de vapeur physique (PVD). (G) Décollage avec HF. (H) supprimer le reste a-Si par RIE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
Figure 4: Images représentatives de l'AFM du film SiO2 avec le motif en forme d'origami d'ADN. (A) 10 m x 10 m de surface de balayage démontre le rendement élevé de la formation du motif. (B) Un balayage plus proche de 3 m x 3 m montre les motifs individuels précis du film SiO2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> Figure 5: Images représentatives demicroscopie électronique à balayage(SEM) de nanostructures métalliques modélisées avec de l'origami d'ADN structurellement différent. (A) Origami d'ADN en forme de croix, c'est-à-à-d., soi-disant origami de tuile seeman54. (B) Antennes Bowtie. (C) Structures chirales à double L (CDL). Les ensembles montrent des structures individuelles avec des tailles de boîte de 150 nm x 150 nm. Le rendement de fabrication des structures exactes est jusqu'à 76% pour le noeud papillon origami et - 50% pour les autres structures affichées ici34. Ce chiffre a été adapté et modifié à partir de Shen et coll.34. Le chiffre est reproduit avec la permission des auteurs et publié par the American Association for the Advancement of Science, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> Figure 6: Propriétés optiques/fonctionnelles représentatives des nanostructures résultantes. (A) Mesures localisées de résonance plasmon de surface (LSPR) d'une structure individuelle de noeud papillon d'or avec la polarisation différente (couleur codée comme orange et bleu). Les lignes solides sont mesurées spectrales et les lignes pointillées sont des résultats de simulation. Les insets montrent l'image SEM de la particule mesurée (à gauche) et le modèle utilisé pour la simulation (à droite). (B) Spectroscopie Raman améliorée de surface (SERS) de rhodamine 6G et 2,2-bipyridine mesurée sur une surface couverte de nanostructures noeud papillon. La ligne de base de chaque échantillon indique le niveau de signal lorsque les nanostructures étaient absentes. Ce chiffre a été adapté et modifié à partir de Shen et coll.34. Le chiffre est reproduit avec la permission des auteurs et publié par the American Association for the Advancement of Science, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> Fichier supplémentaire 1: Fichier CaDNAno <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">S'il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> Fichier supplémentaire 2: séquence m13mp18 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">S'il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> Fichier supplémentaire 3: Séquence brin Destaple <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">S'il vous plaît cliquez ici pour télécharger ce fichier.</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

Ici, nous décrivons un protocole pour créer des nanostructures inorganiques discrètes et précises sur des substrats utilisant des formes d'origami d'ADN comme modèles de guidage. La méthode est démontrée par la création d'antennes en forme de noeud papillon en or plasmonique sur un substrat transparent (saphir).

ADN Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures 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 ...

Ce protocole combine la technique de l’origami à base ascendante d’ADN avec des méthodes de nanofabrication descendantes permettant la fabrication parallèle de nanostructures inorganiques avec des tailles de caractéristiques inférieures à 10 nanomètres sur différents substrats. Cette technique peut être utilisée pour créer des milliards de nanostructures précises à la fois, pratiquement sous n’importe quelle forme sans avoir besoin de méthodes de modelage coûteuses. Cette méthode a le potentiel d’être exploitée dans des applications de détection telles que la spectroscopie Raman améliorée en surface, ainsi que de créer de nouvelles métasurfaces optiques.Bien que ce protocole soit assez simple, les compétences disciplinaires en fabrication sont plus nécessaires et, par conséquent, la démonstration visuelle sera utile pour les chercheurs ayant une variété d’antécédents. Sofia Julin, une autre étudiante diplômée de notre laboratoire, fera la démonstration de la procédure avec Petteri Piskunen. Pour faire le stock de brins de base, mélanger des quantités égales de tous les oligonucléotides nécessaires à la structure du nœud papillon et mélanger 20 microlitres du brin d’échafaudage M13 MP18 avec 40 microlitres de la solution de stock de base et 40 microlitres de tampon pliant de 2,5 X dans un tube PCR de 200 microlitres.Puis anneal le mélange de réaction dans un thermocycleur de 90 à 27 degrés Celsius comme indiqué dans le tableau. Pour préparer le substrat, plonger environ sept par sept millimètres de copeaux coupés à partir d’une gaufrette saphir dans un récipient en verre de 52 degrés Celsius d’acétone pendant au moins 15 minutes avant de transférer les copeaux dans un récipient en verre d’isopropanol pendant deux minutes de sonication. À la fin de la sonication, utiliser des pinces à épiler pour enlever les copeaux de l’isopropanol et sécher immédiatement les copeaux avec de l’azote au débit le plus élevé possible avec les surfaces des copeaux parallèles à la direction du débit.Pour le dépôt de vapeur chimique améliorée par plasma de la couche de silicium amorphe, placez les copeaux séchés dans l’instrument de dépôt de vapeur chimique amélioré par plasma et définissez les paramètres de dépôt selon le modèle d’instrument et l’étalonnage pour cultiver environ 50 nanomètres de silicium amorphe. Pour le traitement plasmatique à l’oxygène de la couche de silicium amorphe, placez les copeaux dans l’instrument réactif de gravure irional et définissez les paramètres de gravure pour générer du plasma d’oxygène selon le modèle d’instrument et l’étalonnage. Ensuite, exécutez le programme de traitement plasmatique de l’oxygène.Dans les 30 minutes qui ont après le traitement au plasma d’oxygène, mélanger cinq microlitres de solution origami à ADN plié et purifié avec quatre microlitres de tampon pliant et un microlitre d’un chlorure de magnésium molaire. Déposez 10 microlitres du mélange d’origami d’ADN sur chaque puce traitée au plasma d’oxygène et couvrez les copeaux pendant une incubation de cinq minutes à température ambiante. À la fin de l’incubation, laver les surfaces des copeaux avec 100 microlitres d’eau distillée, en rinçant l’eau d’avant en arrière à quelques reprises avec la pipette tout en évitant de toucher les centres des copeaux.Après avoir ashing deux à trois fois de plus comme il vient de le démontrer, séchez immédiatement les copeaux avec le flux d’azote. Pour faire pousser un masque de dioxyde de silicium, mélanger 100 grammes de gel de silice avec 30 millilitres d’eau distillée. Placer le mélange de gel de silice dans un dessiccator et séparer le gel avec une plaque perforée.Après 24 heures, placez les copeaux avec de l’origami d’ADN adsorbé sur la plate-forme perforée dans le dessicator et placez un flacon contenant 10 millilitres d’orthosilicate de tétraéthyle d’un côté des copeaux et un flacon contenant 10 millilitres d’hydroxyde d’ammonium de l’autre côté des copeaux. Sceller ensuite la chambre pendant une incubation de 20 heures à température ambiante. À la fin de l’incubation, un film de dioxyde de silicium se sera formé sur les zones sans les structures d’origami d’ADN, créant un masque à motifs de 10 à 20 nanomètres avec des trous en forme d’origami d’ADN.Pour la gravure iration réactive du dioxyde de silicium, placez les copeaux dans l’instrument réactif de gravure ion et réglez les paramètres de gravure pour graver seulement deux à cinq manomètres du dioxyde de silicium pour révéler la couche de silicium amorphe sous les trous dans le masque de dioxyde de silicium. Tous les paramètres de gravure doivent être optimisés pour les instruments choisis, car les paramètres corrects dépendent du type d’équipement et de la mise en place spécifique. Certaines itérations pourraient être nécessaires.Après avoir mis en œ exécution le programme anisotropique de gravure plasmatique de dioxyde de silicium, définissez les paramètres de gravure pour percer à travers la couche de silicium amorphe de 50 nanomètres. Ensuite, exécutez le programme isotrope de gravure de silicium plasmique. Pour le dépôt physique de vapeur, chargez les copeaux dans la chambre d’évaporation de l’instrument de dépôt physique de vapeur et sélectionnez un métal cible adhésif.Définissez le programme de contrôle de l’épaisseur du matériau cible et de l’épaisseur et démarrez le faisceau d’électrons, alignant le faisceau sur la cible et augmentant le courant du faisceau jusqu’à ce qu’un taux de dépôt de 0,05 nanomètre par seconde soit atteint. Puis évaporer jusqu’à ce qu’une épaisseur finale de deux nanomètres soit atteinte. À la fin de l’évaporation, sélectionnez le deuxième métal cible sans évacuer la chambre ou interrompre le processus et régler l’épaisseur.Alignez le faisceau d’électrons sur la cible jusqu’à ce qu’un taux de dépôt de 0,05 nanomètre par seconde soit atteint avant de s’évaporer jusqu’à ce qu’une épaisseur de 20 nanomètres soit atteinte. La structure métallique en forme d’origami d’ADN sera créée par les trous de masque de dioxyde de silicium avec la hauteur totale de 22 nanomètres. Après avoir aéré la chambre, retirer les échantillons.Pour le décollage de l’acide fluorhydrique, immerger les échantillons dans de l’etchant à base d’acide fluorhydrique et utiliser des pinces à épiler en plastique pour remuer délicatement les échantillons. Attendez que la couche de dioxyde de silicium se détache complètement et que la couche métallique se détache avant de rincer les échantillons avec de l’eau distillée double et de l’isopropanol. Ensuite, séchez les échantillons avec un flux d’azote tel que démontré.Pour la gravure irion réactive du silicium amorphe restant, placez les copeaux dans l’instrument réactif de gravure ion et définissez les paramètres de gravure pour l’enlèvement des 50 nanomètres du silicium amorphe. Exécutez le programme isotrope de gravure plasmatique de silicium amorphe pour enlever le silicium amorphe restant. Retirez ensuite les échantillons de l’équipement réactif de gravure irion et rangez-les dans un contenant couvert.L’électrophoresis de gel d’Agarose et la microscopie de force atomique peuvent être employées pour analyser le pliage d’origami d’ADN et la qualité de la purification de glycol de polyéthylène. Ici, des images représentatives de microscopie de force atomique après croissance de masque de dioxyde de silicium sont montrées. Alors que dans ces images, la numérisation de la microscopie électronique des nanostructures métalliques finales peut être observée.Dans ces graphiques, la fonctionnalité optique des nanostructures métalliques, modélisée par l’origami d’ADN du nœud papillon, a été analysée. La croissance du masque de dioxyde de silicium est cruciale pour le processus et est plutôt sensible à l’humidité et à la réactivité de TEOS. Par conséquent, ces paramètres doivent être soigneusement contrôlés pour la reproductibilité.Si la technique de l’origami d’ADN est encore combinée avec des modèles d’ADN très ordonnés, elle pourrait ouvrir la voie à la fabrication de métamatériaux et de surfaces à la plage de longueur d’onde visible.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Microfluidique Capture-cyclo-réaction sur puce pour immobiliser de façon réversible de petites molécules ou structures multi-composants pour applications biocapteurs

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

Recherche

Chimie

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

Formation de structures ordonnées biomoléculaires par l&#39;auto-assemblage de peptides courts

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

Préparation de hydrophobes cadres métal-organiques via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanes pour l&#39;enlèvement de l&#39;ammoniac

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-Heck réactions de couplage croisé catalysées par Dichloro {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium Sous légère réaction Conditions

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

Très stable, fonctionnelle Hairy Nanoparticules et biopolymères à partir de fibres de bois: Vers la nanotechnologie durable

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

Synthèse de la [Sn<sub&gt; 10</sub&gt; (Si (SiMe<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; L&#39;utilisation d&#39;un Sn métastable (I) Solution Halide Synthétisé via une technique de co-condensation

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

Regards sur les interactions des acides aminés et Peptides avec matériaux inorganiques à l&#39;aide d&#39;une seule molécule de travail Spectroscopy

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

Méthodes simples pour la préparation d&#39;électrodes en masse de métaux non nobles pour applications électrocatalytiques

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

Jet d’encre, impression de toutes les encres de Perovskite halogénure inorganique pour Applications photovoltaïques

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

Fabrication de nanofils de fer par nano-Porous Anodized Aluminum et sa caractérisation

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