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

Este trabalho foi apoiado pela Academia da Finlândia (projetos 286845, 308578, 303804, 267497), a Fundação Jane e Aatos Erkko, e a Fundação Sigrid Jusélius. Este trabalho foi realizado no âmbito do programa de centros de excelência da Academia da Finlândia (2014 – 2019). Reconhecemos o fornecimento de instalações e suporte técnico pelas instalações da Universidade Aalto bioeconomia e OtaNano-centro de Nanomicroscopia (Aalto-NMC) e Micronova Nanofabrication Center.

Os autores não têm nada a revelar.

O protocolo proporciona grande liberdade e precisão na forma de nanoestruturas produzidas. Mudando o projeto do origami do ADN, a forma das nanoestruturas do metal pode ser controlada. A forma final, exata das estruturas metálicas é determinada adicionalmente pela etapa de crescimento da máscara (etapa 9) e em um grau menor pelo condicionamento da máscara (etapa 10) se não deve ser anisotropic. Se o tempo de crescimento da máscara for estendido o suficiente, os furos na máscara começarão a crescer. Isso pode ser usado para omitir as características mais finas de algumas estruturas e tamanhos de Gap de controle, como demonstrado em Shen et al.34 com triângulos separados do origami bowtie (figuras 5b). Inversamente, formas mais finas podem ser melhor preservadas encurtando o tempo de crescimento do óxido. Isso significa que é possível ajustar as propriedades ópticas exibidas na Figura 6, não apenas mudando o design de origami usado, mas também ajustando o crescimento do filme sio2 .

Se a espessura da máscara for alterada significativamente, essa alteração também deve ser refletida na etapa SiO2 rie. Somente uma camada muito fina de SiO2 deve ser gravada (2-5 nanômetro) para perfurar mal através dos furos da máscara. Esta é a parte mais sensível e crucial de todo o processo. Uma vez que o tempo de condicionamento é extremamente curto, apenas 10-20 s, as configurações exatas devem ser experimentalmente determinadas quando a primeira tentativa com novos equipamentos. Isto é igualmente verdadeiro para a etapa 10,4 porque algum SiO2 é gravado igualmente durante o condicionamento a-si. A extensão do SiO2 gravado é determinada pela seletividade dos parâmetros de a-si etch usados, equipamentos e até mesmo calibrações de equipamentos individuais. Deve-se tomar cuidado para não gravar fora toda a camada SiO2 durante estes dois processos.

Outro passo sensível é o crescimento do SiO2 . O processo de crescimento depende tanto da umidade da câmara como da atividade atual do TEOS utilizado. TEOS degrada como ele adsorvem a água do ar, fazendo com que ele se torne menos eficaz com a idade. Isso pode se manifestar como uma taxa de crescimento significativamente mais lenta e menos controlável dentro de meses, mesmo com o armazenamento adequado do produto químico. 34 se a camada de sio2 resultante for mais fina do que a pretendida, isto pode indicar um problema com TEOS em vez da humidade da câmara. Enquanto uma umidade mais baixa também pode resultar em menor taxa de crescimento e filme mais fino, o filme resultante também deve ser mais suave do que o normal. Enquanto isso, uma camada grosseira e áspera seria, inversamente, indicar um problema com alta umidade.

Também é possível executar este protocolo em qualquer outro substrato livremente escolhido com dois requisitos: deve tolerar tanto a gravura HF (passo 12) e as temperaturas de 200-300 ° c de PECVD (passo 6). A temperatura pode ser abaixada com segurança a 100 ° c para o PECVD de a-si se um substrato mais sensível é usado, mas a HF não pode ser evitada se o protocolo é seguido exatamente como descrito. Para contornar a IC, seria necessária a aplicação de uma camada sacrificial adicional. Se a exigência da gravura do HF é removida, este protocolo tornar-se-ia compatível com uma seleção mais larga de materiais e de metais da carcaça.

Como este protocolo consiste em processos de micro e nanofabricação comumente usados e robustos, ele pode ser combinado com qualquer número de outros protocolos de microfabricação, onde são desejados tamanhos de recursos pequenos e formas de metal complexas. Em um futuro próximo, especialmente com a vinda de baixo custo de DNA origami massa-produção31, há potencial para este método para facilitar o uso geral e aspectos de alta taxa de transferência para nanofotônica baseado em interface e plasmónicos55 .

A nanotecnologia de DNA estrutural evoluiu rapidamentedurante a década recente1,2, eo desenvolvimento mais influente no campo tem sido, semdúvida, ainvenção do DNA origami3,4. A técnica de DNA origami permite a fabricação de praticamente qualquer nanoforma com características estruturais precisas3,4. Este método poderoso pode ser usado em (sub) nanômetro-arranjo espacial preciso e ancoragem de outros nano-objetos, tais como nanotubos de carbono5, nanopartículas de metal6,7,8, 9, enzimas/proteínas10,11,12,13 e materiais terapêuticos14,15,16,17 . É importante ressaltar que essas estruturas não são meramente estáticas, mas também podem ser programadas para atuar de forma dinâmica18,19. As inúmeras aplicações de DNA origami variam de entrega de drogas20,21,22 a eletrônica molecular/plasmonics5,23,24, 25 e da ciência dos materiais26,27 às técnicas novas da imagem latente e da calibração28.

Além das aplicações mencionadas acima, a resolução espacial extrema das formas DNA origami poderia ser aproveitado em aspectos e delicada litografia nanoescala29,30. Este protocolo descreve um método de litografia para a criação de nanoestruturas inorgânicas discretas e precisas em substratos usando modelos de DNA origami. Estes moldes podem eficientemente ser produzidos em várias formas e em grandes quantidades31, e depositados sem esforço em carcaças escolhidas em escalas grandes32. Estas propriedades permitem uma fabricação altamente paralela de bilhões de nanoestruturas em uma etapa em oposição à litografia de feixe de elétrons comumente usada, mas bastante lenta ou outras técnicas de nanofabricação baseadas em digitalização.

Nisto, o processo de fabricação é demonstrado pela criação de estruturas em forma de bowtie ouro em nitreto de silício e substratos de safira; em outras palavras, a informação espacial do DNA origami é transferida para nanoestruturas totalmente metálicas. Como discutido aqui, a técnica não se limita à estrutura selecionada do origami do ADN do bowtie desde que o método permite o uso de virtualmente toda a forma do origami do ADN. Além disso, com modificações metódicas, a técnica pode ser estendida a diferentes metais e substratos pavimentando o caminho para a fabricação de superfícies33.

As superfícies padronizadas com o DNA de fabricação mediada por origami podem servir como sensores versáteis; por exemplo, podem ser usados na Espectroscopia Raman superfície-realçada (SERS). Como resultado das pequenas dimensões das nanoformas individuais, as superfícies criadas podem encontrar usos em aplicações ópticas e plasmonicas na faixa de comprimento de onda visível.

<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

A nanotecnologia de DNA estrutural fornece uma rota viável para a construção do bottom-up usando o DNA como material de construção. A técnica de nanofabricação de DNA mais comum é chamada de DNA origami, e permite a síntese de alta produtividade de estruturas precisas e altamente versáteis com precisão de nível nanômetro. Aqui, mostra-se como a informação espacial do origami de DNA pode ser transferida para nanoestruturas metálicas, combinando o origami de DNA bottom-up com as abordagens de litografia de cima para baixo convencionalmente usado. Isso permite a fabricação de bilhões de nanoestruturas minúsculas em um passo para substratos selecionados. O método é demonstrado usando origami de DNA bowtie para criar estruturas metálicas em forma de antena bowtie em substratos de nitreto de silício ou safira. O método baseia-se no crescimento seletivo de uma camada de óxido de silício em cima do substrato de deposição de origami, resultando assim em uma máscara de padronização para seguir etapas litográficas. Estas superfícies nanostructure-equipadas podem mais ser usadas como sensores moleculars (por exemplo, Espectroscopia Raman superfície-realçada (SERS)) e em várias outras aplicações óticas na escala visível do comprimento de onda devido aos tamanhos pequenos da característica (secundário-10 nanômetro). A técnica pode ser estendida a outros materiais através de modificações metodológicas; Conseqüentemente, as superfícies opticamente ativas resultantes podem encontrar o uso no desenvolvimento de metamateriais e de metasurfaces.

Uma figura esquemática do desenho de origami de DNA bowtie e seus detalhes estruturais são mostrados na Figura 1. A eletroforese em gel de agarose e AFM são usadas para analisar a dobradura do DNA origami e a qualidade da purificação de PEG (Figura 2). O fluxo de processo das etapas da Nanolitografia é exibido na Figura 3. Imagens representativas do AFM após o crescimento da máscara de SiO2 são mostrados na Figura 4 (esta etapa é descrita na Figura 3D), enquanto as imagens de sem das nanoestruturas metálicas finais podem ser observadas na Figura 5 (esta etapa é descrita em Figura 3H). A Figura 6 demonstra a funcionalidade óptica das nanoestruturas metálicas modelo pelo origami do ADN do bowtie.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Concentrações do componente tampão dobrável (FOB) [mM]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Tris</td>
			<td>Ácido acético</td>
			<td>Edta</td>
			<td>Cloreto de magnésio</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>Tabela 1: composição do tampão dobrável (FOB).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Faixa de temperatura [oC]</td>
			<td>Taxa de resfriamento</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>Segure até parar</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabela 2: rampa térmica para o dobramento de origami bowtie. Após o recozimento, o origami será armazenado em 12 oC até que o programa é parado manualmente.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Parâmetros PECVD e RIE</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Gás</td>
			<td>Fluxo de gás [SCCM]</td>
			<td>Pressão da câmara [mTorr]</td>
			<td>Potência de RF [W]</td>
			<td>Temperatura [oC]</td>
			<td>Duração [s]</td>
		</tr>
<tr>
<td>PECVD de a-si</td>
			<td>5% SiH4 em 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 tratamento de plasma</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
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35</td>
		</tr>
<tr>
<td>RIE de a-si restante</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>Tabela 3: parâmetros de processo para deposição de vapor químico reforçada com plasma (PECVD) e gravura de íons reativos (rie). Os parâmetros de processo para estes dispositivos são específicos para instrumentos individuais e podem necessitar de ser adaptados quando utilizados.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> Figura 1: desenho do origami de DNA bowtie. (A) representação esquemática do projeto de origami bowtie em que a estrutura do núcleo é mostrada como Hélices duplas e os polyt-overpendências são representados como linhas onduladas. (B) screenshot de uma parte do projeto bowtie origami no software caDNAno. As cruzes vermelhas denotam o par de base pulando para a correção de torção, e o T8-balanços são adicionados para evitar Blunt-end base-empilhamento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> Figura 2: caracterização da estrutura de origami de DNA bowtie. (A) electroforese do gel do agarose da estrutura do bowtie antes e depois da purificação poli (do etileno glicol) (PEG). O andaime longo dos nucleotídeos 7249 é usado como a referência. (B) imagem da microscopia de força atômica (AFM) das estruturas do bowtie antes da purificação. (C) imagem AFM das estruturas do bowtie após a purificação do Peg. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> Figura 3: esquema do fluxo do processo de fabricação (as dimensões não estão em escala). (A) dados e limpe o substrato. (B) depositar uma camada de a-si por deposição de vapor químico reforçada por plasma (PECVD). * É possível empregar uma camada sacrificial adicional o a-si para permitir o lift-off com o Etchant à excepção do HF. (C) trate a superfície da amostra com o2 plasma e deposite o origami do ADN nele. (D) cresça a máscara de sio2 no desiccator. (E) etch uma camada fina de sio2 e através do a-si debaixo dele por gravura íon reactivo (rie). (F) depositar metal através da máscara por deposição de vapor físico (PVD). (G) lift-off com HF. (H) Retire os restantes a-si por Rie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
Figura 4: imagens representativas de AFM de filme sio2 com o padrão em forma de origami de DNA. (A) a área de digitalização de 10 μm x 10 μm demonstra o alto rendimento da formação do padrão. (B) uma varredura mais próxima de 3 μm x 3 μm mostra os padrões individuais precisos no filme sio2 . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> Figura 5: microscopia eletrônica de varredura representativa (sem) imagens de nanoestruturas metálicas modelo com origami de DNA estruturalmente diferente. (A) origami de DNA em forma de Cruz, ou seja, o chamado Seeman telha origami54. (B) antenas bowtie. (C) estruturas chiral Double-l (CDL). Os Insets mostram estruturas individuais com tamanhos de caixa de 150 nm x 150 nm. O rendimento de fabricação de estruturas exatas é de até 76% para o origami bowtie e ~ 50% para as outras estruturas exibidas aqui34. Este número foi adaptado e modificado de Shen et al.34. A figura é reproduzida com a permissão dos autores e publicada pela Associação Americana para o avanço da ciência, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> Figura 6: propriedades ópticas/funcionais representativas das nanoestruturas resultantes. (A) medidas de ressonância de Plasmon de superfície localizadas (lspr) de uma estrutura de bowtie de ouro individual com diferentes polarizações (cor codificada como laranja e azul). As linhas sólidas são medidos espectros e as linhas tracejadas são resultados de simulação. Os Insets mostram a imagem de SEM da partícula medida (esquerda) e o modelo usado para a simulação (direita). (B) Espectroscopia Raman de superfície reforçada (Sers) de rodamina 6G e 2, 2-bipiridina medida em uma superfície coberta com nanoestruturas de bowtie. A linha de base de cada amostra mostra o nível de sinal quando as nanoestruturas estavam ausentes. Este número foi adaptado e modificado de Shen et al.34. A figura é reproduzida com a permissão dos autores e publicada pela Associação Americana para o avanço da ciência, 2018. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> Arquivo suplementar 1: arquivo CaDNAno <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">por favor clique aqui para baixar este arquivo.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> Arquivo suplementar 2: m13mp18 seqüência <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">por favor clique aqui para baixar este arquivo.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> Arquivo suplementar 3: seqüência de vertente grampo <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">por favor clique aqui para baixar este arquivo.</a>

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

Aqui, descrevemos um protocolo para criar nanoestruturas inorgânicas discretas e precisas em substratos usando formas de DNA origami como modelos orientadores. O método é demonstrado através da criação de antenas de ouro plasmônicas em forma de bowtie em um substrato transparente (safira).

DNA origami-mediada substrato Nanopatterning de estruturas inorgânicas para aplicações de sensoriamento

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

Este protocolo combina a técnica de origami de DNA de baixo para cima com métodos de nanofabização de cima para baixo permitindo a fabricação paralela de nanoestruturas inorgânicas com tamanhos de características sub-10 nanômetros em diferentes substratos. Esta técnica pode ser usada para criar bilhões de nanoestruturas precisas ao mesmo tempo, praticamente em qualquer forma sem a necessidade de métodos de padronização caros. Este método tem o potencial de ser aproveitado em aplicações de sensoriamento, como espectroscopia Raman aprimorada na superfície, bem como para criar novas metasuperfícies ópticas.Embora este protocolo seja bastante simples, mais as habilidades de fabricação disciplinar são necessárias e, portanto, a demonstração visual será útil para pesquisadores com uma variedade de origens. Demonstrando o procedimento com Petteri Piskunen estará Sofia Julin, outra estudante de pós-graduação do nosso laboratório. Para fazer o estoque de fios básicos, misture quantidades iguais de todos os oligonucleotídeos necessários para a estrutura da gravata borboleta e misture 20 microliters do fio de andaime M13 MP18 com 40 microliters da solução de estoque básico e 40 microliters de 2,5 X tampão dobrável em um tubo PCR de 200 microliter.Em seguida, ressupere a mistura de reação em um termociclador de 90 a 27 graus Celsius, conforme descrito na tabela. Para preparar o substrato, mergulhe aproximadamente sete por sete milímetros de chips cortados de um wafer de safira em um recipiente de vidro de 52 graus Celsius acetona por pelo menos 15 minutos antes de transferir os chips para um recipiente de vidro de isopropanol por dois minutos de sonicação. No final da sonicação, use pinças para remover os chips do isopropanol e seque imediatamente os chips com nitrogênio no maior fluxo possível com as superfícies do chip paralelamente à direção do fluxo.Para a deposição de vapor químico aprimorada por plasma da camada de silício amorfo, coloque os chips secos no instrumento de deposição de vapor químico aprimorado pelo plasma e defina os parâmetros de deposição de acordo com o modelo de instrumento e calibração para crescer aproximadamente 50 nanômetros de silício amorfo. Para o tratamento plasmágio de oxigênio da camada de silício amorfo, coloque os chips no instrumento de gravura de íons reativos e defina os parâmetros de gravura para gerar plasma de oxigênio de acordo com o modelo de instrumento e calibração. Então execute o programa de tratamento de plasma de oxigênio.Dentro de 30 minutos do tratamento do plasma de oxigênio, misture cinco microliters de solução de origami de DNA dobrado e purificado com quatro microliters de buffer dobrável e um microliter de um cloreto de magnésio molar. Deposite 10 microliters da mistura de origami de DNA em cada chip tratado com plasma de oxigênio e cubra os chips para uma incubação de cinco minutos à temperatura ambiente. No final da incubação, lave as superfícies do chip com 100 microlitros de água destilada, enxaguando a água algumas vezes com a pipeta, evitando tocar nos centros dos chips.Depois de ashing mais duas a três vezes como apenas demonstrado, seque imediatamente os chips com fluxo de nitrogênio. Para cultivar uma máscara de dióxido de silício, misture 100 gramas de gel de sílica com 30 mililitros de água destilada. Coloque a mistura de gel de sílica em um desiccador e separe o gel com uma placa perfurada.Após 24 horas, coloque os chips com origami de DNA adsored na plataforma perfurada no dessecador e coloque um frasco contendo 10 mililitros de ortossilicato de tetraetil em um lado dos chips e um frasco contendo 10 mililitros de hidróxido de amônio de 25% do outro lado dos chips. Em seguida, sele a câmara para uma incubação de 20 horas em temperatura ambiente. No final da incubação, um filme de dióxido de silício terá se formado nas áreas sem as estruturas de dna origami, criando uma máscara de 10 a 20 nanômetros com orifícios em forma de origami de DNA.Para a gravura de íons reativos do dióxido de silício, coloque os chips no instrumento de gravura de íons reativos e ajuste os parâmetros de gravura para gravar apenas dois a cinco manômetros do dióxido de silício para revelar a camada de silício amorfa sob os orifícios da máscara de dióxido de silício. Todos os parâmetros de gravação devem ser otimizados para os instrumentos escolhidos, pois os parâmetros corretos dependem do tipo de equipamento e da configuração específica. Algumas iterações podem ser necessárias.Depois de executar o programa de gravura de plasma de dióxido de silício anisotrópico, defina os parâmetros de gravura para perfurar a camada de silício amorfo de 50 nanômetros. Em seguida, execute o programa de gravura de plasmo de silício isotrópico. Para deposição de vapor físico, carregue os chips na câmara de evaporação do instrumento de deposição de vapor físico e selecione um metal alvo adesivo.Defina o programa de controle de espessura para o material alvo e espessura e inicie o feixe de elétrons, alinhando o feixe ao alvo e aumentando a corrente de feixe até que uma taxa de deposição de 0,05 nanômetros por segundo seja atingida. Em seguida, evaporar até que uma espessura final de dois nanômetros seja alcançada. No final da evaporação, selecione o segundo metal alvo sem desovendar a câmara ou interromper o processo e definir a espessura.Alinhe o feixe de elétrons ao alvo até que uma taxa de deposição de 0,05 nanômetros por segundo seja alcançada antes de evaporar até que uma espessura de 20 nanômetros seja atingida. A estrutura metálica em forma de origami de DNA será criada através dos orifícios da máscara de dióxido de silício com a altura total de 22 nanômetros. Depois de ventilar a câmara, remova amostras.Para decolagem de ácido fluorídrico, mergulhe as amostras em etchant à base de ácido fluorídrico e use pinças plásticas para agitar as amostras suavemente. Aguarde que a camada de dióxido de silício etch completamente e a camada metálica se desprende antes de enxaguar as amostras com água destilada dupla e isopropanol. Em seguida, seque as amostras com um fluxo de nitrogênio como demonstrado.Para gravura de íons reativos do silício amorfo restante, coloque os chips no instrumento de gravura de íons reativos e defina os parâmetros de gravura para a remoção de todos os 50 nanômetros do silício amorfo. Execute o programa de gravura de plasma de silício amorfo isotrópico para remover o restante do silício amorfo. Em seguida, remova as amostras do equipamento de gravura de íons reativos e armazene-as em um recipiente coberto.A eletroforese de gel agarose e microscopia de força atômica podem ser usadas para analisar a dobra de origami de DNA e a qualidade da purificação do polietileno glicol. Aqui, imagens representativas de microscopia de força atômica após o crescimento da máscara de dióxido de silício são mostradas. Enquanto nestas imagens, a microscopia eletrônica de varredura das nanoestruturas metálicas finais pode ser observada.Nestes gráficos, foi analisada a funcionalidade óptica das nanoestruturas metálicas, modeladas pelo dna de gravata borboleta origami. O crescimento da máscara de dióxido de silício é crucial para o processo e é bastante sensível à umidade e reatividade do TEOS. Portanto, esses parâmetros devem ser cuidadosamente controlados para a reprodutibilidade.Se a técnica de origami de DNA for ainda mais combinada com padrões de DNA altamente ordenados, pode abrir caminho para a fabricação de metamateriais e superfícies na faixa de comprimento de onda visível.

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 Reação Capture-cicloadição para imobilizar reversível pequenas moléculas ou estruturas multi-componentes para aplicações de biossensores

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

Química

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

Formação de Estruturas Biomoleculares Ordenadas pela Automontagem de Peptídeos Pequenos

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

Preparação de hidrofóbicos Metal-Organic Frameworks via Plasma aprimorado Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanos para a remoção de amônia

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

Reações de Acoplamento Cruzado de Mizoroki-Heck Catalisadas por Dicloro{bis[1

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 ...

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