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

Эта работа была поддержана Академией Финляндии (проекты 286845, 308578, 303804, 267497), Фондом Джейн и Аатоса Эркко и Фондом Сигрида Джуселиуса. Эта работа проводилась в рамках программы Академических Центров передового опыта (2014-2019 гг.). Мы признаем предоставление объектов и технической поддержки Аалто университета биоэкономики объектов и OtaNano - Наномикроскопия центр (Aalto-NMC) и Micronova Nanofabrication Center.

Авторам нечего раскрывать.

Протокол обеспечивает большую свободу и точность в форме производимых наноструктур. Изменяя конструкцию ДНК оригами, можно контролировать форму металлических наноструктур. Окончательная, точная форма металлических конструкций дополнительно определяется шагом роста маски (Шаг 9) и в меньшей степени травлением маски (Шаг 10), если оно не будет анизотропным. Если время роста маски будет достаточно продлено, отверстия в маске начнут закрываться. Это может быть использовано, чтобы опустить тонкие особенности некоторых структур и размеры контрольного разрыва, как показано в Shen et al.34 с разделенными треугольниками оригами bowtie(Рисунки 5B). И наоборот, более тонкие формы можно лучше сохранить за счет сокращения времени роста оксида. Это означает, что можно настроить оптические свойства, отображаемые на рисунке 6,не только путем изменения используемого дизайна оригами, но и путем настройки siO2 роста пленки.

Если толщина маски значительно изменена, это изменение также должно быть отражено в шаге SiO2 RIE. Только очень тонкий слой SiO2 должен быть выгравирован (2-5 нм), чтобы едва пробить через отверстия маски. Это самая чувствительная и важная часть всего процесса. Так как время травления является чрезвычайно коротким, только 10-20 с, точные настройки должны быть экспериментально определены при первой попытке с новым оборудованием. Это также верно для шага 10.4, как некоторые SiO2 также травления во время a-Si травления. Степень вытравленного SiO2 определяется селективностью используемых параметров а-Си etch, оборудованием и даже индивидуальными калибровками оборудования. Следует позаботиться о том, чтобы не вытравить весь слой SiO2 в течение этих двух процессов.

Другим чувствительным шагом является рост SiO2. Процесс роста зависит как от влажности камеры, так и от текущей активности используемого TEOS. TEOS деградирует, когда адсорбирует воду из воздуха, заставляя ее становиться менее эффективной с возрастом. Это может проявляться как значительно медленнее, менее контролируемые темпы роста в течение нескольких месяцев даже при надлежащем хранении химического вещества. 34 Если образуется слой SiO2, то слой тоньше, чем предполагалось, это может указывать на проблему с TEOS, а не с влажностью камеры. В то время как более низкая влажность может также привести к снижению темпов роста и более тонкой пленке, полученная пленка также должна быть более гладкой, чем обычно. Между тем грубый зернистый и грубый слой, наоборот, указывает на проблему с высокой влажностью.

Кроме того, можно выполнить этот протокол на любом другом свободно подобранных субстрата с двумя требованиями: он должен терпеть как HF травления (Шаг 12) и 200-300 градусов по Цельсию температуры PECVD (Шаг 6). Температура может быть безопасно снижена до 100 градусов по Цельсию для PECVD a-Si, если используется более чувствительный субстрат, но HF не избежать, если протокол соблюдается точно так, как описано. Чтобы обойти HF, потребуется применение дополнительного жертвенного слоя. Если требование офорта HF будет удалено, этот протокол станет совместимым с более широким выбором субстратных материалов и металлов.

Поскольку этот протокол состоит из широко используемых и надежных процессов микро- и нанофабрикивания, он может быть объединен с любым количеством других протоколов микрофабрикации, где необходимы небольшие размеры объектов и сложные металлические фигуры. В ближайшем будущем, особенно с приходом недорогих ДНК оригами массового производства31, есть потенциал для этого метода для облегчения общего использования и высокой пропускной нанопаттернирования для интерфейса нанофотоники и плазмоники55 .

Структурные нанотехнологии ДНК быстро развивались в течение последнего десятилетия1,2, и наиболее влиятельных развития в этой области, возможно, было изобретение ДНК оригами3,4. Техника ДНК оригами позволяет изготов практически любую наноформу с точными структурными особенностями3,4. Этот мощный метод может быть использован в (суб) нанометровточное пространственное расположение и якорь других нано-объектов, таких как углеродные нанотрубки5, металлические наночастицы6,7,8, 9, ферменты/белки10,11,12,13 и терапевтические материалы14,15,16,17 . Важно отметить, что эти структуры не просто статические, но они также могут быть запрограммированы действовать в динамической манере18,19. Бесчисленные применения ДНК оригами варьируются от доставки лекарств20,21,22 молекулярной электроники / плазмоники5,23,24, 25 и от материаловедения26,27 к новым методам визуализации и калибровки28.

Помимо упомянутых выше приложений, экстремальное пространственное разрешение форм оригами ДНК может быть использовано в нанопатильной и деликатной наномасштабной литографии29,30. Этот протокол описывает метод литографии для создания дискретных и точных неорганических наноструктур на субстратах с использованием шаблонов ДНК оригами. Эти шаблоны могут быть эффективно изготовлены в различных формах и в больших количествах31, и сдавленные без особых усилий на выбранные субстраты в больших масштабах32. Эти свойства позволяют очень параллельное изготовление миллиардов наноструктур в один шаг, в отличие от широко используемых, но довольно медленно электронного луча литографии или других методов нанофабрикии нанофабрикивания на основе сканирования.

При этом процесс изготовления демонстрируется путем создания золотых лукообразных структур на нитриде кремния и сапфировых субстратах; другими словами, пространственная информация оригами ДНК передается полностью металлическим наноструктурам. Как обсуждалось здесь, метод не ограничивается выбранной bowtie ДНК оригами структуры, поскольку метод позволяет использовать практически любую форму ДНК оригами. Кроме того, с помощью методических модификаций, техника может быть распространена на различные металлы и субстраты, прокладывающие путь к изготовлению метаповерхностей33.

Поверхности, узорчатые с ДНК оригами опосредованного изготовления может служить в качестве универсальных датчиков; например, они могут быть использованы в улучшенной на поверхности Рамане спектроскопии (SERS). В результате небольших размеров отдельных наноформ, созданные поверхности могут найти применение в оптических и плазмонных приложений на видимом диапазоне длин волн.

<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

Структурные нанотехнологии ДНК обеспечивает жизнеспособный путь для строительства снизу вверх с использованием ДНК в качестве строительного материала. Наиболее распространенный метод нанофабрикиния ДНК называется ДНК оригами, и он позволяет высокой пропускной результате синтеза точных и высоко универсальных структур с точностью нанометрового уровня. Здесь показано, как пространственная информация оригами ДНК может быть передана в металлические наноструктуры путем объединения снизу вверх ДНК оригами с условно используемыми сверху вниз литографии подходов. Это позволяет изготавливать миллиарды крошечных наноструктур в один шаг на выбранных субстратах. Метод продемонстрирован с помощью bowtie ДНК оригами для создания металлических bowtie-образных антенны хоти на нитрид кремния или сапфировых субстратов. Метод опирается на селективный рост слоя оксида кремния в верхней части субстрата осаждения оригами, что приводит к узорной маске для следующих литографических шагов. Эти наноструктурные поверхности могут в дальнейшем использоваться в качестве молекулярных датчиков (например, улучшенная поверхностью Раманской спектроскопии (SERS)) и в различных других оптических приложениях в видимом диапазоне длин волн из-за небольших размеров объектов (суб-10 нм). Техника может быть распространена на другие материалы с помощью методологических модификаций; таким образом, полученные оптически активные поверхности могут найти применение в разработке метаматериалов и метаповерхностей.

Схематическая фигура конструкции bowtie DNA оригами и его структурные детали показаны на рисунке 1. Агарозгель электрофорекс и AFM используются для анализа ДНК оригами складывания и качества очищения ПЭГ (Рисунок 2). Процесс потока шагов нанолитографии отображается на рисунке 3. Представитель AFM изображения после SiO2 маска роста показаны на рисунке 4 (этот шаг изображен на рисунке 3D), в то время как SEM изображения окончательного наноструктуры металла можно увидеть на рисунке 5 (этот шаг изображен в Рисунок 3H). Рисунок 6 демонстрирует оптическую функциональность металлических наноструктур, шаблонированных оригами bowtie DNA.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Концентрация компонента складного буфера (FOB)</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Трис</td>
			<td>Уксусная кислота</td>
			<td>Эдта</td>
			<td>Хлорид магния</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 евро</td>
		</tr>
<tr>
<td>1x FOB</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12.5</td>
			<td>8,3 евро</td>
		</tr>
</tbody></table>Таблица 1: Состав складного буфера (FOB).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Диапазон температуры -oC</td>
			<td>Скорость охлаждения</td>
		</tr>
<tr>
<td>90-70</td>
			<td>-0,2 кВ / 8 с</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-60</td>
			<td>-0.1 C / 8 s</td>
		</tr>
<tr>
<td>60-27</td>
			<td>-0,1 кв/2 с</td>
		</tr>
<tr>
<td>12</td>
			<td>Удерживайте до тех пор, пока не остановить</td>
		</tr>
</tbody></table>Таблица 2: Тепловой пандус для складных оригами bowtie. После аннулирования, оригами будет храниться при 12 oC до тех пор, пока программа не будет остановлена вручную.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Параметры PECVD и RIE</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Газа</td>
			<td>Поток газа (sccm)</td>
			<td>Камерное давление (mTorr)</td>
			<td>Мощность РФ (W)</td>
			<td>Температура -оС</td>
			<td>Длительность (s)</td>
		</tr>
<tr>
<td>PECVD а-Си</td>
			<td>5% SiH4 в 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 плазменная обработка</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 СиО2
</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 а-Си</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 оставшихся 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>Таблица 3: Параметры процесса для осаждения химических паров с плазмой (PECVD) и реактивного ионного травления (RIE). Параметры процесса для этих устройств специфичны для отдельных инструментов, и их, возможно, потребуется адаптировать при использовании.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> Рисунок 1: Дизайн bowtie ДНК оригами. (A) Схематическое представление конструкции bowtie оригами, в котором основная структура показана как двойные силари и polyT-свесы изображены как волнистые линии. (B) Скриншот части bowtie оригами дизайн в программном обеспечении caDNAno. Красные кресты обозначают базовую пару, пропускающуюдля коррекции поворота, и добавлены Свесы T 8,5, чтобы предотвратить тупое базовое укладку. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> Рисунок 2: Характеристика структуры днк оригами bowtie. (A) Электрофорус геля Агарозе структуры bowtie до и после поли (этиленгликоль) (PEG) очистки. 7249 нуклеотидов длинные эшафот используется в качестве эталона. (B) Атомная микроскопия силы (AFM) изображение структур bowtie перед очищением. (C) AFM изображение bowtie структур после очищения PEG. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> Рисунок 3: Схема потока процесса изготовления (размеры не в масштабе). (A) Кости и очистить субстрат. (B) Депозит слой а-Si плазменного химического осаждения пара (PECVD). «Можно использовать дополнительный жертвенный слой под a-Si, чтобы позволить подъем-офф с etchant, кроме HF. (C) Лечить поверхность образца с O2 плазмы и депозит ДНК оригами на него. (D) Выращивайте маску SiO2 в ошикаторе. (E) Etch тонкий слой SiO2 и через a-Si под ним реактивным ионным травлением (RIE). (F) Депозит металла через маску при физическом осаждении пара (PVD). (G) Лифт-офф с HF. (H) удалить оставшиеся a-Si RIE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
Рисунок 4: Представитель AFM изображения SiO2 фильм с ДНК оригами формы картины. (A) 10 мкм х 10 мкм области сканирования демонстрирует высокую урожайность формирования шаблона. (B) Ближе 3 мкм х 3 мкм сканирование показывает точные индивидуальные модели в SiO2 пленки. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> Рисунок 5: Представитель сканирования электронной микроскопии (SEM) изображения металлических наноструктур, шаблонированных с структурно различных оригами ДНК. (A) Крестообразные ДНК оригами, т.е. так называемые Seeman плитки оригами54. (B) Боути антенны. (C) Chiral двойной L (CDL) структур. Вставкам показаны отдельные структуры с размером коробки 150 нм х 150 нм. Урожайность изготовления точных структур составляет до 76% для bowtie оригами и 50% для других структур отображается здесь34. Эта цифра была адаптирована и изменена из Shen et al.34. Цифра воспроизводится с разрешения авторов и публикуется Американской ассоциацией содействия развитию науки, 2018 год. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> Рисунок 6: Представитель оптических/функциональных свойств полученных наноструктур. (A) Локализованные поверхностные плазмон резонанс (LSPR) измерения отдельных золотых bowtie структуры с различной поляризации (цвет закодирован как оранжевый и синий). Твердые линии измеряются спектрами, а разбитые линии являются результатами моделирования. Вставки показывают SEM-изображение измеренной частицы (слева) и модель, используемую для моделирования (справа). (B) Поверхность расширенной Раман спектроскопии (SERS) родамина 6G и 2,2-бипиридин измеряется на поверхности, покрытой bowtie наноструктур. Базовый уровень каждого образца показывает уровень сигнала при отсутствии наноструктур. Эта цифра была адаптирована и изменена из Shen et al.34. Цифра воспроизводится с разрешения авторов и публикуется Американской ассоциацией содействия развитию науки, 2018 год. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> Дополнительный файл 1: Файл CaDNAno <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> Дополнительный файл 2: m13mp18 последовательность <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> Дополнительный файл 3: Степпель пряди последовательность <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</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

Здесь мы описываем протокол для создания дискретных и точных неорганических наноструктур на субстратах, используя формы ДНК оригами в качестве руководящих шаблонов. Метод демонстрируется созданием плазмонных золотых антенн в форме луковицы на прозрачном субстрате (сапфире).

ДНК Оригами-Оригами-Оригами Субстрат Nanopatterning неорганических структур для зондирования приложений

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

Этот протокол сочетает в себе метод оригами ДНК снизу вверх с методами нанофабрикации сверху вниз, позволяющими параллельно изготовить неорганические наноструктуры с размерами суб-10 нанометров на различных субстратах. Этот метод может быть использован для создания миллиардов точных наноструктур одновременно, практически в любой форме без необходимости дорогостоящих методов шаблонирования. Этот метод может быть использован в приложениях зондирования, таких как поверхностно улучшенная раманская спектроскопия, а также для создания новых оптических метаповерх.Хотя этот протокол довольно прост, необходимы дополнительные навыки дисциплинарного изготовления, и поэтому визуальная демонстрация будет полезна исследователям с различным опытом. Демонстрацией процедуры с Петтери Пискунен будет София Джулин, еще один аспирант из нашей лаборатории. Чтобы сделать запас основных нитей, смешать равное количество всех олигонуклеотидов, необходимых для структуры галстук-бабочка и смешать 20 микролитров M13 MP18 эшафот прядь с 40 микролитров основного решения фонда и 40 микролитров 2,5 X складной буфер в 200 микролитров ПЦР трубки.Затем аннеал реакционной смеси в термоциклере от 90 до 27 градусов по Цельсию, как указано в таблице. Чтобы подготовить субстрат, погрузите примерно семь на семь миллиметров чипсы, вырезанные из сапфировой пластины в стеклянной таре 52 градусов по Цельсию ацетона, по крайней мере 15 минут, прежде чем передать чипы в стеклянный контейнер изопропанола в течение двух минут sonication. В конце sonication, используйте пинцет, чтобы удалить чипы из изопропанола и немедленно высушить чипы с азотом на максимально возможном потоке с чипом поверхностей параллельно направлению потока.Для плазменного химического осаждения пара аморфного кремниевого слоя поместите высушенные стружки в плазменный инструмент осаждения химического пара и установите параметры осаждения в соответствии с моделью прибора и калибровкой, чтобы вырастить около 50 нанометров аморфного кремния. Для обработки кислородной плазмы аморфного кремниевого слоя поместите чипы в реактивный ионный прибор травления и установите параметры травления для генерации кислородной плазмы в соответствии с моделью прибора и калибровкой. Затем запустите программу обработки кислородной плазмы.В течение 30 минут после обработки плазмы кислорода смешайте пять микролитров сложенного и очищенного раствора оригами ДНК с четырьмя микролитров складного буфера и одним микролитером одного хлорида молярного магния. Депозит 10 микролитров смеси оригами ДНК на каждый обработанный кислородом чип плазмы и покрыть чипы в течение пяти минут инкубации при комнатной температуре. В конце инкубации, мыть чип поверхностей с 100 микролитров дистиллированной воды, полоскания воды туда и обратно несколько раз с пипеткой, избегая при этом касаясь центров чипов.После золы еще в два-три раза, как только что продемонстрировано, немедленно высушите стружки азотным потоком. Для выращивания маски диоксида кремния смешайте 100 граммов кремнеземного геля с 30 миллилитров дистиллированной воды. Поместите смесь кремнеземного геля в децикатор и разделте гель перфорированной пластиной.Через 24 часа поместите чипы с адсорбированными оригами ДНК на перфорированную платформу в децикатор и поместите флакон, содержащий 10 миллилитров тетратрилсилового ортоцитата, с одной стороны чипов и флакон, содержащий 10 миллилитров гидроксида 25%аммония с другой стороны чипов. Затем загерметив камеру на 20-часовую инкубацию при комнатной температуре. В конце инкубации, кремниевая пленка диоксида будет сформирована на участках без структур оригами ДНК, создавая от 10 до 20 нанометров узорчатая маска с ДНК оригами формы отверстия.Для реактивного ионового офорта диоксида кремния поместите чипы в реактивный ионный офорт и установите параметры травления, чтобы вытравить только два-пять манометров диоксида кремния, чтобы выявить аморфный слой кремния под отверстиями в маске диоксида кремния. Все параметры офорта должны быть оптимизированы для выбранных инструментов, так как правильные параметры зависят от типа оборудования и конкретной настройки. Возможно, потребоваться несколько итераций.После запуска анозотропной программы офорта плазмы диоксида кремния, установите параметры травления, чтобы пробить 50 нанометровый аморфный кремниевый слой. Затем запустите программу офорта изотропной кремниевой плазмы. Для физического осаждения пара загрузите чипы в камеру испарения инструмента осаждения физического пара и выберите клей целевой металл.Установите программу контроля толщины для целевого материала и толщины и запустите электронный луч, выравнивая луч к цели и увеличивая ток луча до тех пор, пока не будет достигнута скорость осаждения 0,05 нанометров в секунду. Затем испаряются до тех пор, пока окончательная толщина двух нанометров не будет достигнута. В конце испарения выберите второй целевой металл, не выветрая камеру и не прерывая процесс, и установите толщину.Выровнять электронный луч к цели до тех пор, пока 0,05 нанометров в секунду осаждения ставка достигается до испарения до 20 нанометров толщина достигается. Металлическая структура в форме ДНК оригами будет создана через отверстия для масок диоксида кремния общей высотой 22 нанометров. После вентиляции камеры удалите образцы.Для подъема гидрофторной кислоты погрузите образцы в офорт на основе гидрофторной кислоты и используйте пластиковые пинцеты для мягкого перемешивания образцов. Подождите, пока слой диоксида кремния вытравить полностью и металлический слой, чтобы отделить до полоскания образцов с двойной дистиллированной воды и изопропанола. Затем высушите образцы потоком азота, как это было продемонстрировано.Для реактивного ионового офорта оставшегося аморфного кремния поместите чипы в реактивный ионный офортный инструмент и установите параметры травления для удаления всех 50 нанометров аморфного кремния. Вы запустите аморикофобную программу офорта кремниевой плазмы, чтобы удалить оставшийся аморфный кремний. Затем удалите образцы из реактивного ионное травления оборудования и храните их в покрытом контейнере.Электрофорез агарозного геля и атомная силовая микроскопия могут быть использованы для анализа складывания оригами ДНК и качества очистки полиэтиленгликоль. Здесь показаны репрезентативные изображения атомной микроскопии силы после роста маск диоксида кремния. В то время как на этих изображениях можно наблюдать сканирование электронной микроскопии конечных металлических наноструктур.На этих графиках была проанализирована оптическая функциональность металлических наноструктур, шаблонированных ДНК-оригами галстука-бабочки. Рост маски диоксида кремния имеет решающее значение для процесса и довольно чувствителен к влажности и реактивности TEOS. Поэтому эти параметры должны тщательно контролироваться для воспроизводимости.Если техника оригами ДНК будет в дальнейшем сочетаться с хорошо упорядоченными образцами ДНК, это может проложить путь для изготовления метаматериалов и поверхностей в видимом диапазоне длин волн.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Микрофлюидных На чипе Захват-циклоприсоединения Реакция на Обратимо Остановите малых молекул или многокомпонентные структуры для биосенсора приложений

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

Формирование упорядоченных биомолекулярных структур по самосборки коротких пептидов

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

Подготовка гидрофобные Металл-органических структур через плазмостимулированного отложение химического пара перфторалканов для удаления аммиака

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-Хека Реакции кросс-сочетания, катализируемой дихлор {бис [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} палладия в мягких условиях реакции

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

Высокостабильные, функциональная Волосатые Наночастицы и биополимеров из древесных волокон: На ​​пути к устойчивому Nanotechnology

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

Синтез [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; Использование метастабильного Sn (I) раствор галогенида синтезированные через соконденсацией Техника

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

Исследования в взаимодействий аминокислот и пептидов с использованием неорганических материалов с использованием одномолекулярной силовой микроскопии

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

Простые методы получения неблагородных металлических навалочных электродов для электрокаталитических применений

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

Струйная печать всех неорганических галоидных перовскита красок для фотоэлектрических приложений

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 Изготовление Нано-Порос анодированный алюминий и его характеристика

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