Name: dna origami-mediated substrate nanopatterning of inorganic structures for sensing applications
Uploaded: 2019-09-27T15:00:00
Duration: 8 min 59 s
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이 작품은 핀란드 아카데미 (프로젝트 286845, 308578, 303804, 267497), 제인과 아토스 에르코 재단, 시그리드 주셀리우스 재단에 의해 지원되었다. 이 작품은 우수성 프로그램의 핀란드 아카데미 센터 (2014-2019)에서 수행되었다. 우리는 알토 대학 생물 경제 시설 및 오타 나노 - 나노 현미경 센터 (알토 -NMC) 및 마이크로 노바 나노 제조 센터에 의해 시설 및 기술 지원의 제공을 인정합니다.

저자는 공개 할 것이 없다.

이 프로토콜은 생산된 나노 구조의 모양에서 큰 자유와 정확성을 제공합니다. DNA 종이 접기의 디자인을 변경함으로써 금속 나노 구조의 모양을 제어 할 수 있습니다. 금속 구조의 최종, 정확한 형상은 마스크 성장 단계(Step 9)에 의해 추가적으로 결정되며, 마스크 에칭(Step 10)에 의해 이방성되지 않아야 한다. 마스크 성장 시간이 충분히 연장되면 마스크의 구멍이 닫히기 시작합니다. 이는 일부 구조의 가장 얇은 특징을 생략하고 갭 크기를 제어하는 데 사용될 수 있으며, 션 등34에서 입증된 바와 같이 나비타이 종이접기의 분리된삼각형(도 5B). 반대로, 더 얇은 모양은 산화물 성장 시간을 단축하여 더 잘 보존 될 수있다. 이는 사용된 종이접기 디자인을 변경하는 것뿐만 아니라 SiO2 필름 성장을 튜닝하여 도 6에표시된 광학 적 특성을 조정할 수 있음을 의미합니다.

마스크 두께가 크게 변경되면 SiO2 RIE 단계에도 이러한 변경이 반영되어야 합니다. SiO2의 매우 얇은 층만 에칭 (2-5 nm) 간신히 마스크 구멍을 관통한다. 이것은 전체 프로세스에서 가장 민감하고 중요한 부분입니다. 에칭 시간은 매우 짧기 때문에 10-20s에 불과하므로 새로운 장비를 처음 시도 할 때 정확한 설정을 실험적으로 결정해야합니다. 이것은 또한 일부 SiO2는 또한 A-Si 에칭 동안 에칭으로 단계 10.4에 대한 사실이다. 에칭된 SiO2의 범위는 사용된 A-Si 식각 파라미터, 장비 및 개별 장비 교정의 선택성에 의해 결정됩니다. 이 두 공정 동안 전체 SiO2 층을 에칭하지 않도록주의해야합니다.

또 다른 민감한 단계는 SiO2 성장입니다. 성장 과정은 챔버 습도 및 사용된 TEOS의 현재 활성 둘 다에 의존한다. TEOS는 공기 중에서 물을 흡입할 때 분해되어 나이가 들면서 효과가 떨어집니다. 이 상당히 느린으로 나타날 수 있습니다., 몇 달 이내에 덜 제어 성장 속도 화학 물질의 적절 한 저장으로. 34 생성된 SiO2 층이 의도한 것보다 얇으면 챔버 습도가 아닌 TEOS에 문제가 있음을 나타낼 수 있습니다. 습도가 낮으면 성장 속도가 낮아지고 필름이 얇아질 수 있지만 결과 필름도 평소보다 부드러워야 합니다. 한편 거친 입자와 거친 층은 반대로 높은 습도의 문제를 나타낼 것입니다.

또한 두 가지 요구 사항으로 자유롭게 선택된 다른 기판에서 이 프로토콜을 수행할 수 있습니다: HF 에칭(단계 12)과 PECVD의 200-300°C 온도(6단계)를 모두 허용해야 합니다. 더 민감한 기판을 사용하는 경우 a-Si의 PECVD에 대해 온도를 안전하게 100°C로 낮출 수 있지만, 프로토콜이 설명된 대로 정확하게 따르는 경우 HF를 피할 수 없습니다. HF를 우회하려면 추가 희생 계층을 적용해야 합니다. HF 에칭의 요구 사항이 제거되면 이 프로토콜은 다양한 기판 재료 및 금속 선택과 호환됩니다.

이 프로토콜은 일반적으로 사용되는 강력한 마이크로 및 나노 제조 공정으로 구성되어 있으므로 작은 기능 크기와 복잡한 금속 모양이 필요한 다른 마이크로 제조 프로토콜과 결합 할 수 있습니다. 가까운 장래에, 특히 저비용 DNA 종이 접기 대량 생산(31)의오고, 인터페이스 기반 나노 포토닉스 및 플라스모닉스 (55)에 대한 일반적인 사용과 높은 처리량 나노 패터닝을 모두 용이하게하는이 방법에 대한 가능성이있다 .

구조DNA 나노기술은 최근 10년동안 급속히 진화해왔으며,이 분야에서 가장 영향력 있는 발전은 틀림없이 DNA 종이접기3,4의발명이었다. DNA 종이 접기 기술은 정확한 구조 적 특징3,4와거의 모든 나노 모양의 제조를 할 수 있습니다. 이 강력한 방법은 탄소 나노 튜브5,금속 나노 입자6,7,8과같은 다른 나노 물체의 (sub)나노 미터 정밀 공간 배열 및 앵커링에 사용할 수있습니다. 9,효소/단백질10,11,12, 13및 치료 재료14,15,16,17 . 중요한 것은, 이러한 구조는 단지 정적 이 아니라, 그들은 또한 동적 방식으로 작동하도록 프로그래밍 할 수 있습니다18,19. DNA 종이 접기의 수많은 응용 프로그램은 약물전달20,21,22에서 분자 전자 / plasmonics5,23,24, 25 및 재료 과학26,27에서 새로운 이미징 및 교정 기술28.

위에서 언급 한 응용 프로그램 외에도 DNA 종이 접기 모양의 극단적 인 공간 해상도는 나노 패턴 및 섬세한 나노 스케일 리소그래피29,30에서활용 될 수 있습니다. 이 프로토콜은 DNA 종이 접기 템플릿을 사용하여 기판에 이산적이고 정확한 무기 나노 구조를 만드는 리소그래피 방법을 설명합니다. 이러한 템플릿은 다양한 형상 및 대량31로효율적으로 생산될 수 있으며,32개의대규모 스케일에서 선택된 기판에 손쉽게 증착될 수 있다. 이러한 특성은 일반적으로 사용되지만 오히려 느린 전자 빔 리소그래피 또는 다른 스캐닝 기반 나노 제조 기술과 는 반대로 한 단계에서 수십억 개의 나노 구조를 매우 병렬로 제작 할 수 있습니다.

본 명세서에서, 제조 공정은 질화 실리콘 및 사파이어 기판에 금 나비타이 모양의 구조를 만들어 입증된다; 즉, DNA 종이 접기의 공간 정보는 완전히 금속 나노 구조로 전송됩니다. 여기서 논의된 바와 같이, 이 기술은 선택된 나비타이 DNA 종이접기 구조에 한정되지 않으며, 이 방법은 사실상 모든 DNA 종이접기 형상의 사용을 가능하게 하기 때문에. 더욱이, 체계적인 변형을 통해, 이 기술은메타표면(33)의제조를 향한 길을 포장하는 상이한 금속 및 기판으로 확장될 수 있다.

DNA 종이 접기 매개 제조로 패턴화 된 표면은 다목적 센서로 작용할 수 있습니다. 예를 들어, 표면 강화 라만 분광법 (SERS)에 사용할 수 있습니다. 개별 나노 셰이프의 작은 치수의 결과로, 생성 된 표면은 가시 파장 범위에서 광학 및 플라스모닉 응용 프로그램에서 사용을 찾을 수 있습니다.

<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

구조 DNA 나노 기술은 DNA를 건축 자재로 사용하여 상향식에서 건물을 위한 실행 가능한 경로를 제공합니다. 가장 일반적인 DNA 나노 제조 기술은 DNA 종이 접기라고하며, 나노 미터 수준의 정밀도로 정확하고 다재 다능 한 구조의 높은 처리량 합성을 허용합니다. 여기서, DNA 종이접기의 공간 정보가 상향식 DNA 종이접기를 종래 에 사용되는 하향식 리소그래피 접근법과 결합하여 금속 나노 구조로 전달될 수 있는 방법을 보여준다. 이를 통해 선택된 기판에 한 단계 의 작은 나노 구조를 제조할 수 있습니다. 이 방법은 나비 DNA 종이 접기를 사용하여 실리콘 질화물 또는 사파이어 기판에 금속 나비 넥타이 모양의 안테나 구조를 만드는 것으로 입증되었습니다. 이 방법은 종이 접기 증착 기판 위에 실리콘 산화물 층의 선택적 성장에 의존, 따라서 다음과 석판 화 단계를위한 패터닝 마스크의 결과. 이러한 나노 구조 장착 표면은 분자 센서 (예를 들어, 표면 강화 라만 분광법 (SERS)) 및 작은 특징 크기 (sub-10 nm)로 인해 가시 파장 범위에서 다양한 다른 광학 응용 분야에서 더 사용할 수 있습니다. 이 기술은 방법론적 수정을 통해 다른 재료로 확장 될 수있다; 따라서, 생성된 광학 활성 표면은 메타물질 및 메타표면의 개발에 이용될 수 있다.

나비 넥타이 DNA 종이 접기 디자인의 개략적 인 그림과 구조적 세부 사항은 그림 1에나와 있습니다. 아가로즈 겔 전기동동및 AFM은 DNA 종이접기 접기 및 PEG 정제의 질을 분석하기 위해 사용된다(도2). 나노 리소그래피 단계의 공정 흐름은 그림 3에표시됩니다. SiO2 마스크 성장 후 대표적인 AFM 이미지는 도 4에 도시되어 있습니다(이 단계는 도 3D에도시되어 있음), 최종 금속 나노 구조의 SEM 이미지는 도 5에서 볼 수 있습니다(이 단계는 에 도시되어 있습니다) 그림 3H). 도 6은 나비타이 DNA 종이접기에 의해 서식된 금속 나노구조체의 광학적 기능을 나타낸 다.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">접이식 버퍼(FOB) 성분 농도 [mM]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Tris</td>
			<td>아세트산</td>
			<td>Edta</td>
			<td>염화마그네슘</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</td>
		</tr>
<tr>
<td>1x 초점</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12.5</td>
			<td>~8,3</td>
		</tr>
</tbody></table>표 1: 접이식 버퍼(FOB)의 조성물.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>온도 범위[oC]</td>
			<td>냉각 속도</td>
		</tr>
<tr>
<td>90-70</td>
			<td>-0.2 °C / 8 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-60</td>
			<td>-0.1 °C / 8s</td>
		</tr>
<tr>
<td>60-27</td>
			<td>-0.1 °C / 2 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>12</td>
			<td>멈출 때까지 길게 누를 때</td>
		</tr>
</tbody></table>표 2: 나비 넥타이 종이 접기 접기용 열 램프. 어닐링 후, 종이 접기는 프로그램이 수동으로 중지 될 때까지 12oC에 저장됩니다.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>PECVD 및 RIE 매개 변수</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>가스</td>
			<td>가스 흐름[sccm]</td>
			<td>챔버 압력 [mTorr]</td>
			<td>RF 전력 [W]</td>
			<td>온도[oC]</td>
			<td>지속 시간 [s]</td>
		</tr>
<tr>
<td>A-Si의 PECVD</td>
			<td>N2에서 5% SiH4
</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 플라즈마 처리</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>리 오브 시오2
</td>
			<td>CHF3
</td>
			<td>25</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>아칸소</td>
			<td>25</td>
			<td>30</td>
			<td>100</td>
			<td>25</td>
			<td>10-22</td>
		</tr>
<tr>
<td>리에 오브 A-시</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>남은 A-Si의 RIE</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>표 3: 플라즈마 강화 화학 증착(PECVD) 및 반응성 이온 에칭(RIE)을 위한 공정 파라미터. 이러한 장치의 공정 파라미터는 개별 계측기와 관련이 있으며 사용할 때 조정해야 할 수 있습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> 그림 1: 나비 넥타이 DNA 종이 접기의 디자인. (A)코어 구조가 이중 나선으로 표시되고 폴리T 돌출부를 물결 모양의 선으로 묘사하는 나비 넥타이 종이 접기 디자인의 개략적 표현. (B)caDNAno 소프트웨어에서 나비 넥타이 종이 접기 디자인의 일부의 스크린 샷. 빨간색 십자가는 트위스트 보정을 위해 건너뛰는 베이스 쌍을나타내며 T 8-오버행은 무딘 엔드 베이스 스태킹을 방지하기 위해 추가됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> 그림 2: 나비 넥타이 DNA 종이 접기 구조의 특성. (A)아가로즈 겔 전기동동간 정제 전과 후 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG) 정화. 7249 개의 뉴클레오티드 긴 스캐폴드가 참조로 사용된다. (B)정화 전에 나비 넥타이 구조의 원자력 현미경 검사법 (AFM) 이미지. (C)PEG 정화 후 나비 넥타이 구조의 AFM 이미지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> 그림 3: 제작 공정 흐름의 구성표 (치수는 배율이 없습니다). (A)주사위를 치우고 기판을 청소합니다. (B)혈장 강화 화학 증착 (PECVD)에 의해 A-Si 층을 증착. *A-Si 아래에 추가희생층을 채택하여 HF 이외의 에찬트와 리프트 오프를 가능하게 할 수 있습니다. (C)O2 플라즈마로 샘플 표면을 치료하고 DNA 종이 접기를 침전시킬 수 있습니다. (D)SiO2 마스크를 건조기에서 성장시. (E)SiO2의 얇은 층을 에칭하고 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 그 아래에 a-Si를 통과한다. (F)물리적 증착(PVD)에 의해 마스크를 통해 금속을 증착한다. (G)HF(H)로리프트 오프는 RIE에 의해 나머지 A-Si를 제거합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
도 4: DNA 종이 접기 모양의 패턴을 가진 SiO2 필름의 대표적인 AFM 이미지. (A)10 μm x 10 μm 스캐닝 영역은 패턴 형성의 높은 수율을 나타내고 있다. (B)가까운 3 μm x 3 μm 스캔은 SiO2 필름에서 정확한 개별 패턴을 나타낸다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> 그림 5:구조적으로 다른 DNA 종이 접기로 템플릿 된 금속 나노 구조의 대표적인 주사 전자 현미경검사법 (SEM) 이미지. (a)십자형 DNA 종이접기, 즉, 소위 시만 타일 종이 접기54. (B)보타이 안테나. (C)키랄 더블 L (CDL) 구조. 인세트는 150 nm x 150 nm의 상자 크기로 개별 구조를 표시합니다. 정확한 구조의 제조 수율은 보우 타이 종이 접기의 경우 최대 76 %, 여기에 표시된 다른 구조물의 경우 ~ 50 %입니다34. 이 그림은 션 외34에서적응및 수정되었습니다. 이 그림은 저자의 허가를 받아 재현되고 2018년 미국 과학진보협회가 발행합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> 그림 6: 결과 나노 구조의 대표적인 광학 / 기능적 특성. (A)지역화된 표면 플라스몬 공명(LSPR) 편광이 다른 개별 금 나비 넥타이 구조(주황색과 파란색으로 구분된 색상)를 측정합니다. 실선은 스펙트럼을 측정하고 파선은 시뮬레이션 결과입니다. 인세트는 측정된 파티클의 SEM 이미지(왼쪽)와 시뮬레이션에 사용되는 모델(오른쪽)을 표시합니다. (B)표면 강화 라만 분광법 (SERS) 로다민 6G와 2,2-비피리딘은 나비 넥타이 나노 구조로 덮인 표면에서 측정. 각 샘플의 기준선은 나노 구조가 없을 때 신호 레벨을 보여줍니다. 이 그림은 션 외34에서적응및 수정되었습니다. 이 그림은 저자의 허가를 받아 재현되고 2018년 미국 과학진보협회가 발행합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> 보충 파일 1: CaDNAno 파일이 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> 보충 파일 2 : m13mp18 시퀀스이 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> 보충 파일 3: 스테이플 가닥 시퀀스이 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

여기서, 우리는 DNA 종이 접기 모양을 안내 템플릿으로 사용하여 기판에 이산적이고 정확한 무기 나노 구조를 만드는 프로토콜을 설명합니다. 이 방법은 투명 기판 (사파이어)에 플라스모닉 골드 나비 넥타이 모양의 안테나를 만들어 입증된다.

감지 응용 을 위한 무기 구조물의 DNA 종이접기 중재기 나노patterning

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

이 프로토콜은 상향식 기반 DNA 종이 접기 기술과 하향식 나노 제조 방법을 결합하여 무기 나노 구조와 다른 기판에 대한 하위 10 나노미터 피처 크기를 병렬로 제조할 수 있습니다. 이 기술은 고가의 패터닝 방법 없이 거의 모든 모양에서 한 번에 수십억 개의 정확한 나노 구조를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이 방법은 표면 강화 라만 분광법과 같은 감지 응용 분야에서 활용될 뿐만 아니라 새로운 광학 메타표면을 생성할 수 있습니다.이 프로토콜은 다소 간단하지만, 더 많은 징계 제조 기술이 필요하므로 다양한 배경을 가진 연구들에게 시각적 데모가 유용 할 것입니다. 페테리 피스쿠넨과 함께 절차를 시연하는 것은 우리 실험실의 또 다른 졸업생인 소피아 줄린이 될 것입니다. 스테이플 가닥의 주식을 만들기 위해, 나비 넥타이 구조에 필요한 모든 올리고 뉴클레오티드의 동일한 양을 혼합하고 200 마이크로 리터 PCR 튜브에 2.5 X 접이식 버퍼의 40 마이크로 리터와 M13 MP18 스캐폴드 가닥의 20 마이크로 리터를 혼합.그런 다음 테이블에 설명된 대로 온도 순환기에서 반응 혼합물을 90에서 27도까지 음침합니다. 기판을 준비하려면 사파이어 웨이퍼에서 52도 아세톤의 유리 용기에 잘라낸 칩 7x 7mm 칩을 최소 15분 간 담그고 칩을 이소프로파놀 유리 용기로 2분간 초음파 처리합니다. 초음파 처리의 끝에서, 핀셋을 사용하여 이소프로판올에서 칩을 제거하고 흐름의 방향과 평행한 칩 표면으로 가능한 가장 높은 흐름에서 질소로 칩을 즉시 건조시다.무정형 실리콘 층의 플라즈마 강화 화학 증기 증착을 위해, 말린 칩을 플라즈마 강화 화학 증기 증착 기구에 넣고 계측기 모델 및 교정에 따른 증착 파라미터를 설정하여 약 50나노미터의 비정질 실리콘을 성장시킵니다. 비정질 실리콘 층의 산소 플라즈마 처리를 위해, 반응성 이온 에칭 기기에 칩을 배치하고 기기 모델 및 교정에 따라 산소 플라즈마를 생성하기 위해 에칭 파라미터를 설정합니다. 그런 다음 산소 플라즈마 치료 프로그램을 실행합니다.산소 플라즈마 처리후 30분 이내에 접힌 정제된 DNA 종이 접기 용액 5개와 접이식 완충제 4개 마이크로리터, 염화 마그네슘 1개마이크로리터 1개를 혼합합니다. DNA 종이 접기 혼합물 10 마이크로리터를 각 산소 플라즈마 처리 칩에 보관하고 실온에서 5 분 동안 인큐베이션을 위해 칩을 덮습니다. 인큐베이션이 끝나면 칩 표면을 증류수 100마이크로리터로 씻어 내고 파이펫으로 물을 앞뒤로 헹구면서 칩의 중심을 만지는 것을 피하십시오.방금 시연한 대로 2~3회 더 재화한 후 질소 흐름으로 칩을 즉시 건조시하십시오. 실리콘 이산화용 마스크를 재배하려면 실리카 젤 100그램과 증류수 30밀리리터를 섞습니다. 실리카 젤 혼합물을 건조기에 넣고 천포판으로 젤을 분리합니다.24 시간 후, 건조기의 천공 플랫폼에 흡착 DNA 종이 접기를 가진 칩을 배치하고 칩의 한쪽에 테트라에틸 orthosilicate의 10 밀리리터를 포함하는 바이알과 칩의 다른 쪽에 25 %의 암모늄 수산화10 밀리리터를 포함하는 유리병을 배치합니다. 그런 다음 실온에서 20 시간 배양 챔버를 밀봉하십시오. 인큐베이션의 끝에서, 실리콘 이산화필름은 DNA 종이 접기 구조없이 영역에 형성되어 DNA 종이 접기 모양의 구멍을 가진 10 ~ 20 나노 미터 패턴 마스크를 만듭니다.이산화규소의 반응성 이온 에칭을 위해 칩을 반응성 이온 에칭 기기에 넣고 에칭 파라미터를 이산화실리콘의 2~5기미터만 에칭하여 실리콘 이산화수마스크의 구멍 아래에 있는 비정질 실리콘 층을 드러낸다. 올바른 매개 변수는 장비 유형 및 특정 설정에 따라 달라지므로 모든 에칭 매개 변수는 선택한 계측에 최적화되어야 합니다. 일부 반복이 필요할 수 있습니다.이산화 질소 이산화 혈장 에칭 프로그램을 실행 한 후, 50 나노 미터 무정형 실리콘 층을 관통하는 에칭 파라미터를 설정합니다. 그런 다음 등위성 실리콘 플라스엠 에칭 프로그램을 실행합니다. 물리적 증기 증착의 경우, 물리적 증기 증착 기기의 증발 챔버에 칩을 적재하고 접착제 표적 금속을 선택합니다.대상 재료 및 두께에 대한 두께 제어 프로그램을 설정하고 전자 빔을 시작하여 빔을 대상에 정렬하고 초당 0.05 나노미터의 증착 속도에 도달할 때까지 빔 전류를 증가시다. 그런 다음 두 나노미터의 최종 두께가 도달 할 때까지 증발합니다. 증발의 끝에서, 챔버를 배출하거나 공정을 중단하지 않고 두 번째 대상 금속을 선택하고 두께를 설정합니다.전자 빔을 초당 0.05 나노미터의 증착 속도가 달성될 때까지 대상에 정렬한 후 20나노미터 두께가 증발합니다. DNA 종이 접기 모양의 금속 구조는 22 나노미터의 총 높이와 이산화 실리콘 마스크 구멍을 통해 생성됩니다. 챔버를 배출 한 후 샘플을 제거합니다.하이드로플루오산 리프트오프의 경우, 수력불산 기반 에탕트에 샘플을 담그고 플라스틱 핀셋을 사용하여 샘플을 부드럽게 저어줍니다. 실리콘 이산화기 층이 완전히 에칭하고 금속 층이 이중 증류수와 이소프로판올로 샘플을 헹구기 전에 분리될 때까지 기다립니다. 그런 다음 입증된 대로 질소 흐름으로 샘플을 건조시.나머지 비정질 실리콘의 반응성 이온 에칭의 경우, 칩을 반응성 이온 에칭 기기에 넣고 무정형 실리콘의 모든 50 나노미터를 제거하여 에칭 파라미터를 설정합니다. 남은 비정질 실리콘을 제거하기 위해 아이소트로픽 무정형 실리콘 플라즈마 에칭 프로그램을 실행합니다. 그런 다음 반응형 이온 에칭 장비에서 샘플을 제거하고 덮여 있는 용기에 보관합니다.아가로즈 겔 전기포고및 원자력 현미경 검사는 DNA 종이 접기 접기 및 폴리에틸렌 글리콜 정제의 품질을 분석하는 데 사용될 수 있다. 여기서, 실리콘 이산화마스크 성장 후 대표적인 원자력 현미경 이미지가 나타난다. 이러한 심상에서는 최종 금속 나노 구조의 전자 현미경 검사를 관찰할 수 있습니다.이러한 그래프에서, 나비 넥타이 DNA 종이 접개에 의해 서식된 금속 나노 구조의 광학 기능을 분석하였다. 실리콘 이산화질소 마스크 의 성장은 공정에 매우 중요하며 TEOS의 습도 및 반응성에 다소 민감합니다. 따라서 이러한 매개 변수는 재현성을 위해 신중하게 제어되어야 합니다.DNA 종이 접기 기술이 고도로 정렬된 DNA 패턴과 더 결합되면 가시 파장 범위에서 메타 물질 및 표면을 제조할 수 있는 길을 열 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

역으로 작은 분자 또는 바이오 센서 애플리케이션을위한 다중 구성 요소 구조를 무력화하는 미세 유체 온칩 캡처 - 고리 화 반응

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

연구

화학

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

짧은 펩타이드의 자기 조립에 의해 주문 생체 고분자 구조의 형성

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

플라즈마 통해 소수성 유기 금속 프레임 워크의 제조 암모니아의 제거에 대한 퍼플 루오로 알칸의 화학 증착을 강화

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

온화한 반응 조건 하에서 팔라듐 - 디클로로 {비스 [(phosphinetriyl) tripiperidine 1,1 &#39;, 1 &#39;&#39;]} 의해 촉매 Mizoroki-헥 크로스 커플 링 반응

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

매우 안정, 기능 털이 나노 입자와 목재 섬유에서 생체 고분자 : 지속 가능한 나노 기술쪽으로

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

합성 [주석<sub&gt; (10)</sub&gt; (시 (SIME<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; 준 안정 주석 (I)을 공 축합 기법을 통해 할라이드의 합성 용액을 사용하여

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

단일 분자 힘 분광학을 사용하여 무기 재료와 아미노산 및 펩타이드의 상호 작용에 대한 통찰력

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

전기 촉매 응용을위한 비 귀금속 벌크 전극 준비를위한 간단한 방법

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

태양광 응용 프로그램에 대 한 모든 무기 할로겐 페로 잉크를 인쇄 하는 잉크젯

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

나노 다공성 양극 산화 알루미늄및 그 특성화에 의한 철 나노 와이어 제조

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