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

Dette arbeidet ble støttet av Academy of Finland (prosjekter 286845, 308578, 303804, 267497), Jane og langgong Erkko Foundation, og Sigrid Jusélius Foundation. Dette arbeidet ble utført under Academy of Finland Centers of Excellence program (2014 – 2019). Vi anerkjenner levering av fasiliteter og teknisk støtte ved Aalto University Bioøkonomi fasiliteter og OtaNano – Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC) og Micronova Nanofabrication Center.

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Protokollen gir stor frihet og nøyaktighet i form av produserte nanostrukturer. Ved å endre utformingen av DNA Origami, formen på metall nanostrukturer kan styres. Den endelige, eksakte formen på metallkonstruksjoner er i tillegg bestemmes av masken vekst trinn (trinn 9) og i mindre grad av masken etsing (trinn 10) bør det ikke være Anisotrop. Hvis maske vekst tiden forlenges nok, vil hullene i masken begynne å bli lukket. Dette kan brukes til å utelate de tynneste funksjonene i noen strukturer og kontroll gap størrelser, som demonstrert i Shen et al.34 med separerte trekanter av Bowtie Origami (figurer 5B). Omvendt kan tynnere figurer bli bedre bevart ved å forkorte oksid vekst tid. Dette betyr at det er mulig å tune de optiske egenskapene som vises i figur 6, ikke bare ved å endre den brukte Origami design, men også ved tuning av Sio2 film vekst.

Hvis maske tykkelsen endres betydelig, må denne endringen også gjenspeiles i SiO2 Rite-trinnet. Bare et svært tynt lag av SiO2 bør være etset (2-5 NM) for å knapt Pierce gjennom masken hullene. Dette er den mest følsomme og avgjørende del av hele prosessen. Siden etsing tiden er ekstremt kort, bare 10-20 s, må eksakte innstillinger være eksperimentelt bestemmes når første forsøk med nytt utstyr. Dette gjelder også for trinn 10,4 som noen SiO2 er også etset under a-si etsing. Omfanget av etset SiO2 bestemmes av selektivitet av brukte a-si etch parametere, utstyr og til og med individuelle utstyr kalibreringer. Forsiktighet bør utvises ikke å etse bort hele SiO2 lag i løpet av disse to prosessene.

En annen følsom trinn er SiO2 vekst. Vekstprosessen er avhengig av både kammer fuktigheten og den gjeldende aktiviteten til den brukte TEOS. TEOS forringer som det absorberer vann fra luften, slik at den blir mindre effektiv med alderen. Dette kan manifestere som en betydelig tregere, mindre kontrollerbar vekstrate i løpet av måneder selv med riktig lagring av kjemiske. 34 hvis det resulterende Sio2 -laget er tynnere enn tiltenkt, kan dette indikere et problem med TEOS i stedet for kammer fuktighet. Mens en lavere luftfuktighet kan også føre til lavere vekst og tynnere film, den resulterende filmen bør også være jevnere enn normalt. Imens en grovkornet og grov lag ville motsatt indikere et problem med høy luftfuktighet.

Det er også mulig å utføre denne protokollen på et fritt valgt substrat med to krav: det må tåle både HF etsing (Trinn 12) og 200-300 ° c temperaturer på PECVD (trinn 6). Temperaturen kan trygt senkes til 100 ° c for PECVD av a-si hvis et mer følsomt substrat brukes, men HF kan ikke unngås hvis protokollen følges nøyaktig som beskrevet. For å omgå HF, vil anvendelsen av en ekstra offerplasser være nødvendig. Hvis kravet til HF-etsing fjernes, vil denne protokollen bli kompatibel med et bredere utvalg av substrat materialer og metaller.

Ettersom denne protokollen består av brukte og robuste mikro-og nanofabrication prosesser, kan det kombineres med en rekke andre microfabrication protokoller der små har størrelser og komplekse metallformer er ønsket. I nær framtid, spesielt med den kommende av lave kostnader DNA Origami masse-produksjon31, det er potensial for denne metoden for å lette både generell bruk og høy gjennomstrømming nanopatterning for grensesnitt-baserte Nanofotonikk og plasmonics55 .

Strukturelle DNA nanoteknologi har raskt utviklet seg i løpet av de siste ti år1,2, og den mest innflytelsesrike utviklingen i feltet har uten tvil vært oppfinnelsen av DNA Origami3,4. DNA Origami teknikken tillater fabrikasjon av praktisk talt alle nanoshape med nøyaktig strukturelle egenskaper3,4. Denne kraftige metoden kan brukes i (sub) nanometer-presis romlig ordning og forankring av andre nano-objekter, for eksempel karbon nanorør5, metall nanopartikler6,7,8, 9, enzymer/proteiner10,11,12,13 og terapeutiske materialer14,15,16,17 . Viktigst, disse strukturene er ikke bare statiske, men de kan også programmeres til å opptre på en dynamisk måte18,19. De utallige anvendelser av DNA Origami spenner fra narkotika levering20,21,22 til molekylær Electronics/plasmonics5,23,24, 25 og fra Materials Science26,27 til romanen Imaging og kalibrering teknikker28.

I tillegg til programmene som er nevnt ovenfor, den ekstreme romlig oppløsning av DNA Origami figurer kan bli utnyttet i nanopatterning og delikat nanoskala litografi29,30. Denne protokollen beskriver en litografi metode for å lage diskrete og nøyaktige uorganiske nanostrukturer på underlag ved hjelp av DNA Origami maler. Disse malene kan produseres effektivt i ulike former og i store mengder31, og deponeres uanstrengt på utvalgte underlag i store skalaer32. Disse egenskapene tillater en svært parallell fabrikasjon av milliarder av nanostrukturer i ett trinn i motsetning til vanlig, men heller langsom elektronstråle litografi eller andre skanning-baserte nanofabrication teknikker.

Heri, fabrikasjon forarbeide er bevist av skaper gullet Bowtie-formet strukturer opp på Silicon nitride og safir underlag; med andre ord, den romlige informasjonen om DNA Origami er overført til helt metallisk nanostrukturer. Som diskutert her, er teknikken ikke begrenset til den valgte Bowtie DNA Origami struktur siden metoden gjør det mulig å bruke nesten alle DNA Origami form. Videre, med metodisk modifikasjoner, kan teknikken utvides til ulike metaller og underlag som banet vei mot fabrikasjon av metasurfaces33.

Overflatene mønstret med DNA Origami-mediert fabrikasjon kan tjene som allsidige sensorer; de kan for eksempel brukes i overflate forbedrede Raman-spektroskopi (SERS). Som et resultat av de små dimensjonene til den enkelte nanoshapes, kan de opprettede overflatene finne bruksområder i optiske og plasmonic anvendelser ved den synlige bølgelengdeområdet.

<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

Strukturelle DNA-nanoteknologi gir en levedyktig rute for å bygge fra bunnen opp ved hjelp av DNA som konstruksjonsmateriale. Den vanligste DNA nanofabrication teknikken kalles DNA Origami, og det gir høy gjennomstrømming syntese av nøyaktige og svært allsidige strukturer med nanometer-nivå presisjon. Her er det vist hvordan romlig informasjon av DNA Origami kan overføres til metalliske nanostrukturer ved å kombinere bunnen opp DNA Origami med konvensjonelt brukt ovenfra og ned litografi tilnærminger. Dette tillater fabrikasjon av milliarder av ørsmå nanostrukturer i ett trinn på utvalgte underlag. Metoden er demonstrert ved hjelp av Bowtie DNA Origami for å skape metalliske Bowtie antenne strukturer på silisium nitride eller safir underlag. Metoden er avhengig av selektiv vekst av en silisium oksid lag på toppen av Origami deponering underlaget, og dermed resulterer i et mønster maske for følgende litografiske trinn. Disse nanostructure flatene kan videre brukes som molekylære sensorer (f. eks overflate-forbedret Raman spektroskopi (SERS)) og i ulike andre optiske applikasjoner på den synlige bølgelengdeområdet på grunn av den lille funksjonen størrelser (sub-10 NM). Teknikken kan utvides til andre materialer gjennom metodisk modifikasjoner; Derfor kan de resulterende optisk aktive overflater finne bruk i utvikling av metamaterialer og metasurfaces.

En skjematisk figur av Bowtie DNA Origami design og dens strukturelle detaljer er vist i figur 1. Agarose gel elektroforese og AFM brukes til å analysere DNA Origami folding og kvaliteten på PEG rensing (figur 2). Prosessflyten for de nanolithography trinnene vises i Figur 3. Representative AFM bilder etter SiO2 maske vekst er vist i Figur 4 (dette trinnet er avbildet i Figur 3D), mens SEM bilder av den endelige metall nanostrukturer kan sees i figur 5 (dette trinnet er avbildet i Figur 3H). Figur 6 demonstrerer den optiske funksjonaliteten til den metalliske nanostrukturer mal av den Bowtie DNA Origami.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Konsentrasjoner av folding buffer (FOB) komponent [mM]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Tris</td>
			<td>Eddiksyre</td>
			<td>Edta</td>
			<td>Magnesium klorid</td>
			<td>Ph</td>
		</tr>
<tr>
<td>2.5 x 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 FOB</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12,5</td>
			<td>~ 8, 3</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 1: sammensetning av folde bufferen (FOB).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Temperaturområde [oC]</td>
			<td>Kjøle hastighet</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>Hold til stoppet</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabell 2: termisk rampe for Bowtie Origami folding. Etter annealing, vil Origami bli lagret ved 12 oC til programmet er manuelt stoppet.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>PECVD-og Rite-parametere</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Gass</td>
			<td>Gas strømmen [SCCM]</td>
			<td>Kammer trykk [mTorr]</td>
			<td>RF-kraft [W]</td>
			<td>Temperatur [oC]</td>
			<td>Varighet [s]</td>
		</tr>
<tr>
<td>PECVD av a-si</td>
			<td>5% SiH4 i 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 plasma behandling</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>Rite av SiO2
</td>
			<td>3 CHF
</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>Rite av a-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</td>
		</tr>
<tr>
<td>Rite av gjenværende a-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>Tabell 3: prosessparametre for plasma forbedret kjemisk damp deponering (PECVD) og reaktiv ion etsing (Rite). Prosessparametrene for disse enhetene er spesifikke for individuelle instrumenter, og de må kanskje tilpasses når de brukes.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> Figur 1: design av Bowtie DNA Origami. (A) skjematisk fremstilling av den Bowtie Origami-designen der kjerne strukturen vises som doble helikser og polyT-overheng fremstilles som bølgete linjer. (B) skjermbilde av en del av Bowtie Origami design i caDNAno programvare. Den røde kors betegne basen paret hoppe for vri korreksjon, og T8-overheng er lagt for å hindre Butt-end base-stabling. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> Figur 2: KARAKTERISERING av Bowtie DNA Origami struktur. (A) Agarose gel elektroforese av Bowtie strukturen før og etter Poly (etylen glykol) (PEG) rensing. Den 7249 nukleotider lange stillaset brukes som referanse. (B) Atomic Force MIKROSKOPI (AFM) bilde av Bowtie strukturer før rensing. (C) AFM bilde av Bowtie strukturer etter Peg rensing. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> Figur 3: skjema for fabrikasjon prosessflyt (dimensjonene er ikke i skala). (A) terninger og rengjør underlaget. (B) sette inn et a-si-lag ved plasma forbedret kjemisk damp DEPONERING (PECVD). * Det er mulig å ansette et ekstra offer lag under a-si for å muliggjøre lift-off med etsemiddelet annet enn HF. (C) behandle prøveoverflaten med O2 plasma og innskudd DNA Origami på den. (D) Grow Sio2 masken i desikator. (E) etse et tynt lag av Sio2 og gjennom a-si under det av REAKTIV ion etsing (Rite). (F) sette metall gjennom masken av fysisk damp DEPONERING (PVD). (G) løft-av med HF. (H) Fjern gjenværende a-si ved Rite. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
Figur 4: representative AFM bilder av Sio2 film med DNA Origami formet mønster. (A) 10 μm x 10 μm skanning området viser høy avkastning av mønsteret formasjon. (B) en nærmere 3 μm x 3 μm-skanning viser de nøyaktige individuelle mønstrene i Sio2 -filmen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> Figur 5: representative skanning elektron mikroskopi (SEM) bilder av metallisk NANOSTRUKTURER mal med strukturelt forskjellig DNA Origami. (A) Cross-formet DNA Origami, dvs. såkalte Aphonoplema flis Origami54. (B) Bowtie antenner. (C) chiral dobbel L (CDL) strukturer. Det er enkelt å vise individuelle strukturer med boks størrelser på 150 NM x 150 NM. Den fabrikasjon yield av eksakte strukturer er opp til 76% for Bowtie Origami og ~ 50% for de andre strukturene som vises her34. Dette tallet er tilpasset og modifisert fra Shen et al.34. Figuren gjengis med tillatelse fra forfatterne og utgitt av The American Association for fremming av vitenskap, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> Figur 6: representative optiske/funksjonelle egenskaper for resulterende nanostrukturer. (A) lokaliserte overflaten Plasmon RESONANS (LSPR) målinger av en individuell gull Bowtie struktur med ulike polarisering (fargekodet som oransje og blå). De solide linjene måles Spectra, og de stiplede linjene er simulerings resultater. Innlagt viser SEM-bildet av den målte partikkel (venstre) og modellen som brukes for simulering (til høyre). (B) overflate forbedret Raman SPEKTROSKOPI (SERS) av rhodamine 6G og 2, 2-bipyridine målt på en overflate dekket med Bowtie nanostrukturer. Grunnlinjen for hvert utvalg viser signalnivået når nanostrukturer var fraværende. Dette tallet er tilpasset og modifisert fra Shen et al.34. Figuren gjengis med tillatelse fra forfatterne og utgitt av The American Association for fremming av vitenskap, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> Tilleggsfil 1: CaDNAno-fil <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> Tilleggsfil 2: m13mp18 sekvens <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> Tilleggsfil 3: stift strand sekvens <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">Vennligst klikk her for å laste ned denne filen.</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

Her beskriver vi en protokoll for å skape diskrete og nøyaktige uorganiske nanostrukturer på underlag ved hjelp av DNA Origami figurer som veiledende maler. Metoden er demonstrert ved å skape plasmonic gull Bowtie antenner på en gjennomsiktig substrat (safir).

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

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

Denne protokollen kombinerer den nedenfra og opp baserte DNA-origami-teknikken med nanofabrikasjonsmetoder som gir parallell fabrikasjon av uorganiske nanostrukturer med sub-10 nanometer funksjonsstørrelser på forskjellige underlag. Denne teknikken kan brukes til å lage milliarder av nøyaktige nanostrukturer på en gang, nesten i hvilken som helst form uten behov for dyre mønstermetoder. Denne metoden har potensial til å bli utnyttet i sensing applikasjoner som overflaten forbedret Raman spektroskopi, samt å lage nye optiske metasurfaces.Selv om denne protokollen er ganske grei, er det nødvendig med mer disiplinære fabrikasjonsferdigheter, og derfor vil visuell demonstrasjon være nyttig for forskere med en rekke bakgrunner. Å demonstrere prosedyren med Petteri Piskunen vil være Sofia Julin, en annen grad student fra laboratoriet vårt. For å gjøre bestanden av stifttråder, bland like mengder av alle oligonukleotider som trengs for sløyfestrukturen og bland 20 mikroliter av M13 MP18 stillastråd med 40 mikroliter av stiftelagerløsningen og 40 mikroliter på 2,5 X foldbuffer i et 200 mikroliter PCR-rør.Deretter anneal reaksjonsblandingen i en termocycler fra 90 til 27 grader Celsius som beskrevet i tabellen. For å forberede underlaget, senk omtrent syv og syv millimeter chips kuttet fra en safirwafer i en glassbeholder på 52 grader Celsius aceton i minst 15 minutter før du overfører chips til en glassbeholder med isopropanol i to minutter med sonikering. På slutten av sonikering, bruk pinsett for å fjerne chips fra isopropanol og umiddelbart tørke chips med nitrogen på høyest mulig flyt med chip overflater parallelt med retningen av strømmen.For plasmaforbedret kjemisk dampavsetning av det amorfe silisiumlaget, legg de tørkede brikkene i det plasmaforbedrede kjemiske dampdeponeringsinstrumentet og sett avsetningsparametrene i henhold til instrumentmodellen og kalibreringen for å vokse ca. 50 nanometer amorfe silisium. For oksygenplasmabehandling av det amorfe silisiumlaget, plasser sjetongene i det reaktive ionetseringsinstrumentet og sett etsingsparametrene for å generere oksygenplasma i henhold til instrumentmodellen og kalibreringen. Kjør deretter oksygenplasmabehandlingsprogrammet.Innen 30 minutter etter oksygenplasmabehandlingen blander du fem mikroliter med brettet og renset DNA-origamiløsning med fire mikroliter foldebuffer og en mikroliter av en molar magnesiumklorid. Deponer 10 mikroliter av DNA-origamiblandingen på hver oksygenplasmabehandlede chip og dekk til sjetongene i en fem minutters inkubasjon ved romtemperatur. På slutten av inkubasjonen vasker du chipflatene med 100 mikroliter destillert vann, skyller vannet frem og tilbake noen ganger med pipetten samtidig som du unngår å berøre sentrene til sjetongene.Etter ashing to til tre ganger som nettopp demonstrert, umiddelbart tørke chips med nitrogen flyt. For å dyrke en silisiumdioksidmaske, bland 100 gram silikagel med 30 milliliter destillert vann. Legg silikagelblandingen i en desiccator og skill gelen med en perforert plate.Etter 24 timer, plasser chips med adsorbert DNA origami på den perforerte plattformen i desiccator og plasser et hetteglass som inneholder 10 milliliter tetraetyl ortosikat på den ene siden av chips og et hetteglass som inneholder 10 milliliter med 25% ammoniumhydroksid på den andre siden av brikkene. Forsegle deretter kammeret i en 20 timers inkubasjon ved romtemperatur. På slutten av inkubasjonen vil en silisiumdioksidfilm ha dannet seg på områdene uten DNA-origamistrukturer, noe som skaper en 10 til 20 nanometer mønstret maske med DNA origami formede hull.For reaktiv ion etsning av silisiumdioksid, plasser chips i det reaktive ionetseringsinstrumentet og sett etsingsparametrene til etsing av bare to til fem manometere av silisiumdioksidet for å avsløre det amorfe silisiumlaget under hullene i silisiumdioksidmasken. Alle etseparametrene bør optimaliseres for de valgte instrumentene, da de riktige parametrene avhenger av type utstyr og bestemt oppsett. Noen iterasjoner kan være nødvendig.Etter å ha kjørt det anisotropiske plasmaetsetsingsprogrammet for silisiumdioksid, setter du etsingsparametrene for å pierce gjennom det 50 nanometer amorfe silisiumlaget. Deretter kjører isotropisk silisium plasm etsing program. For fysisk dampdeponering, last sponene inn i fordampningskammeret til det fysiske dampdeponeringsinstrumentet og velg et selvklebende målmetall.Still inn tykkelseskontrollprogrammet for målmaterialet og tykkelsen, og start elektronstrålen, juster strålen til målet og øke strålestrømmen til en avsetningshastighet på 0,05 nanometer per sekund er nådd. Deretter fordampe til en endelig tykkelse på to nanometer er nådd. På slutten av fordampningen velger du det andre målmetallet uten å lufte kammeret eller avbryte prosessen og angi tykkelsen.Juster elektronstrålen til målet til en 0,05 nanometer per sekund avsetningshastighet oppnås før det fordampes til en tykkelse på 20 nanometer er nådd. DNA origami formet metall struktur vil bli opprettet gjennom silisiumdioksid maske hull med den totale høyden på 22 nanometer. Etter å ha luftet kammeret, fjern prøver.For løfting av hydrofluorsyre, senk prøvene i hydrofluorsyrebasert etchant og bruk plast pinsett til å røre prøvene forsiktig. Vent til silisiumdioksidlaget skal etse helt og metalllaget for å løsne før du skyller prøvene med dobbelt destillert vann og isopropanol. Tørk deretter prøvene med en nitrogenstrøm som vist.For reaktiv ion etsning av gjenværende amorfe silisium, plasser chips i den reaktive ion etsing instrument og sette etsing parametere for gjennom fjerning av alle 50 nanometer av amorfe silisium. Kjør isotropisk amorfe silisium plasma etsning program for å fjerne gjenværende amorfe silisium. Fjern deretter prøvene fra det reaktive iionetseutstyret og oppbevar dem i en overbygd beholder.Agarose gel elektroforese og atomkraft mikroskopi kan brukes til å analysere DNA origami folding og kvaliteten på polyetylenglykol rensing. Her vises representative mikroskopibilder etter silisiumdioksidmaskevekst. Mens du er i disse bildene, kan skanning av elektronmikroskopi av de endelige metallnanostrukturene observeres.I disse grafene ble den optiske funksjonaliteten til de metalliske nanostrukturene, malet av sløyfen DNA origami, analysert. Silisiumdioksidmaskevekst er avgjørende for prosessen og er ganske følsom for luftfuktigheten og reaktiviteten til TEOS. Derfor bør disse parametrene kontrolleres nøye for reproduserbarhet.Hvis DNA origami teknikken er videre kombinert med svært bestilte DNA mønstre, det kan bane vei for fabrikasjon av metamaterialer og overflater på synlig bølgelengde området.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Microfluidic On-chip Capture-cycloaddition Reaksjon på reversibelt Immobilize små molekyler eller flerkomponent Profiler for Biosensor Applications

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

Dannelse av Bestilte biomolekylære strukturer ved selvbygging av Short Peptider

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

Utarbeidelse av hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Nedfall av Perfluoroalkanes for fjerning av ammoniakk

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 Cross-kobling reaksjoner katalysert av Dichloro {bis [1,1 &#39;, en&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} palladium Under mild reaksjon betingelser

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

Meget Stabil, Funksjonell Hairy Nanopartikler og Biopolymere fra trefibrene: Mot bærekraftig Nanoteknologi

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

Syntesen av [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; Ved hjelp av en metastabil Sn (I) Halide Solution syntetisert via en Co-kondense Technique

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

Innsikt i de Samhandling av aminosyrer og peptider med uorganiske materialer Bruke Single-Molecule Force spektroskopi

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

Enkle metoder for fremstilling av ikke-edelmetall bulk elektroder for elektrokatalytiske applikasjoner

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

Blekkskrivere skriver ut alle uorganiske metallhalid Perovskite blekkfarger for Photovoltaic programmer

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

Iron Nanowire fabrikasjon av nano-porøse anodisert aluminium og karakterisering

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