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

Bu çalışma Finlandiya Akademisi (286845, 308578, 303804, 267497 projeleri), Jane ve Aatos Erkko Vakfı ve Sigrid Jusélius Vakfı tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma Finlandiya Mükemmellik Merkezleri Akademisi Programı (2014-2019) kapsamında gerçekleştirilmiştir. Aalto Üniversitesi Biyoekonomi Tesisleri ve OtaNano - Nanomikroskobu Merkezi (Aalto-NMC) ve Mikronova Nanofabrikasyon Merkezi tarafından tesis ve teknik destek sağlanmasını kabul ediyoruz.

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Protokol, üretilen nanoyapıların şeklinde büyük bir özgürlük ve doğruluk sağlar. DNA origami tasarımı değiştirerek, metal nanoyapıların şekli kontrol edilebilir. Metal yapıların son, tam şekli ayrıca maske büyüme adımı (Adım 9) ve daha az bir dereceye kadar maske gravür tarafından belirlenir (Adım 10) anizotropik olmamalıdır. Maske büyüme süresi yeterince uzamışsa, maskedeki delikler kapanmaya başlar. Bu, shen ve ark.34'te bowtie origami'nin ayrılmış üçgenleri ile gösterildiği gibi, bazı yapıların en ince özelliklerini atlamak ve boşluk boyutlarını kontrol etmek için kullanılabilir (Şekil 5B). Tersine, ince şekiller oksit büyüme süresini kısaltarak daha iyi korunabilir. Bu, Şekil 6'dagörüntülenen optik özellikleri sadece kullanılan origami tasarımını değiştirerek değil, Aynı zamanda SiO2 film büyümesini ayarlayarak ayarlamanın mümkün olduğu anlamına gelir.

Maske kalınlığı önemli ölçüde değiştirilirse, bu değişikliğin SiO2 RIE adımına da yansıtılması gerekir. SiO2 sadece çok ince bir tabaka (2-5 nm) ancak maske delikleri delmek için kazınmalıdır. Bu tüm sürecin en hassas ve önemli parçasıdır. Gravür süresi son derece kısa olduğundan, sadece 10-20 s, tam ayarları deneysel olarak yeni ekipman ile ilk denendiğinde belirlenmelidir. Bazı SiO2 de a-Si gravür sırasında kazınmış olduğu gibi Bu da Adım 10.4 için de geçerlidir. Kazınmış SiO2'nin kapsamı, kullanılan a-Si etch parametrelerinin, ekipmanlarının ve hatta bireysel ekipman kalibrasyonlarının seçiciliği ile belirlenir. Bu iki işlem sırasında Tüm SiO2 tabakasını ettenmemeye özen izlenmelidir.

Bir diğer hassas adım da SiO2 büyümesidir. Büyüme süreci hem oda nemine hem de kullanılan TEOS'un mevcut aktivitesine bağlıdır. TEOS, suyu havadan söken gibi bozularak yaşla birlikte daha az etkili hale gelmesine neden olur. Bu kimyasal uygun depolama bile ay içinde önemli ölçüde daha yavaş, daha az kontrol edilebilir büyüme hızı olarak tezahür edebilir. 34 Ortaya çıkan SiO2 tabakası planlanandan daha inceyse, bu oda nemi yerine TEOS ile ilgili bir soruna işaret edebilir. Daha düşük nem de daha düşük büyüme hızı ve ince film neden olabilir iken, ortaya çıkan film de normalden daha yumuşak olmalıdır. Bu arada kaba taneli ve pürüzlü bir tabaka tersine yüksek nem ile ilgili bir sorun gösterir.

Bu protokolü iki gereksinimle serbestçe seçilmiş diğer herhangi bir alt tabakada da gerçekleştirmek mümkündür: Hem HF gravürünü (Adım 12) hem de 200-300 °C PECVD (Adım 6) sıcaklıklarını tolere etmelidir. Daha hassas bir substrat kullanılırsa a-Si PECVD için sıcaklık güvenli bir şekilde 100 °C'ye düşürülebilir, ancak protokol tam olarak açıklandığı gibi takip edilirse HF'den kaçınılamaz. HF atlatmak için, ek bir kurban tabakası uygulanması gerekli olacaktır. HF gravür gereksinimi ortadan kalkarsa, bu protokol daha geniş bir substrat malzeme ve metal seçimi ile uyumlu hale gelecektir.

Bu protokol yaygın olarak kullanılan ve sağlam mikro ve nanofabrikasyon işlemlerinden oluştuğu ndan, küçük özellik boyutları ve karmaşık metal şekillerin istendiği diğer mikroüretim protokolleri ile birleştirilebilir. Yakın gelecekte, özellikle düşük maliyetli DNA origami seri üretim31geliyor, arayüz tabanlı nanofotonik ve plazmonics 55 için hem genel kullanımı ve yüksek iş çıkışlı nanopatterning kolaylaştırmak için bu yöntem için potansiyel vardır .

Yapısal DNA nanoteknoloji hızla son on yıl içinde gelişti1,2, ve alanında en etkili gelişme tartışmalı DNA origami buluşu olmuştur3,4. DNA origami tekniği doğru yapısal özellikleri ile hemen hemen her nanoshape imalatı sağlar3,4. Bu güçlü yöntem kullanılabilir (alt)nanometre-hassas mekansal düzenleme ve diğer nano-nesnelerin demirleme, karbon nanotüpler gibi5, metal nano tanecikleri6,7,8, 9, enzimler / proteinler10,11,12,13 ve terapötik malzemeler14,15,16,17 . Daha da önemlisi, bu yapılar sadece statik değildir, ama aynı zamanda dinamik bir şekilde hareket etmek için programlanabilir18,19. DNA origami sayısız uygulamaları ilaç teslim20,21,22 moleküler elektronik / plazmonics5,23,24aralığı , 25 ve malzeme bilimi26,27 yeni görüntüleme ve kalibrasyon teknikleri28.

Yukarıda belirtilen uygulamaların yanı sıra, DNA origami şekillerin aşırı uzamsal çözünürlüğü nanodesenleme ve hassas nanoölçekli litografi29,30harnessed olabilir. Bu protokol, DNA origami şablonları kullanarak substratlarda ayrık ve doğru inorganik nanoyapılar oluşturmak için bir litografi yöntemini açıklar. Bu şablonlar verimli bir şekilde çeşitli şekillerde ve büyük miktarlarda31üretilebilir ve büyük ölçeklerde seçilen yüzeylere zahmetsizce yatırılabilir32. Bu özellikler, yaygın olarak kullanılan ancak daha çok yavaş elektron ışını litografisi veya diğer tarama tabanlı nanofabrikasyon teknikleri yerine bir adımda nanoyapıların milyarlarca son derece paralel üretim sağlar.

Burada, üretim süreci silikon nitrür ve safir yüzeyler üzerinde altın papyon şeklinde yapılar oluşturarak gösterilmiştir; başka bir deyişle, DNA origami mekansal bilgi tamamen metalik nanoyapılara aktarılır. Burada tartışıldığı gibi, yöntem hemen hemen herhangi bir DNA origami şekli kullanımını sağlar beri teknik seçilen papyon DNA origami yapısı ile sınırlı değildir. Ayrıca, metodik modifikasyonlar ile, teknik farklı metaller ve yüzeyler metayüzeyler33imalatı yolunda döşeme genişletilebilir.

DNA origami aracılı imalatı ile desenli yüzeyler çok yönlü sensörler olarak hizmet verebilir; örneğin, yüzeyle geliştirilmiş Raman spektroskopisinde (SERS) kullanılabilirler. Tek tek nanoşekillerin küçük boyutlarının bir sonucu olarak, oluşturulan yüzeyler görünür dalga boyu aralığında optik ve plazmonik uygulamalarda kullanımlar bulabilir.

<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

Yapısal DNA nanoteknolojisi, dna'yı inşaat malzemesi olarak kullanarak aşağıdan yukarıya doğru inşa etmek için uygun bir rota sağlar. En yaygın DNA nanofabrikasyon tekniği DNA origami denir, ve nanometre düzeyinde hassas doğru ve son derece çok yönlü yapıların yüksek verimli sentezi sağlar. Burada, DNA origamisinin uzamsal bilgilerinin, aşağıdan yukarıya DNA origamisi ile geleneksel olarak kullanılan yukarıdan aşağıya litografi yaklaşımları birleştirilerek metalik nanoyapılara nasıl aktarılabildiği gösterilmiştir. Bu, seçilen yüzeylere bir adımda milyarlarca küçük nanoyapının üretilmesine olanak sağlar. Yöntem silikon nitrür veya safir substratlar üzerinde metalik papyon şeklinde anten yapıları oluşturmak için papyon DNA origami kullanılarak gösterilmiştir. Yöntem origami birikimi substrat üstüne bir silikon oksit tabakasının seçici büyüme dayanır, böylece litografik adımları takip etmek için bir desenleme maskesi ile sonuçlanan. Bu nanoyapı donanımlı yüzeyler, küçük özellik boyutları (sub-10 nm) sayesinde moleküler sensörler (örn. yüzeyle geliştirilmiş Raman spektroskopisi (SERS)) ve görünür dalga boyu aralığındaki çeşitli optik uygulamalarda daha fazla kullanılabilir. Teknik metodolojik modifikasyonlar yoluyla diğer malzemelere genişletilebilir; bu nedenle, ortaya çıkan optik aktif yüzeyler metamalzemelerin ve meta yüzeylerin geliştirilmesinde kullanılabilir.

Papyon DNA origami tasarımının şematik bir figürü ve yapısal detayları Şekil 1'degösterilmiştir. Agarose jel elektroforez ve AFM DNA origami katlama ve PEG arıtma kalitesini analiz etmek için kullanılır (Şekil 2). Nanolitografi adımlarının proses akışı Şekil 3'tegösterilmiştir. SiO2 maskesi büyümesinden sonraki temsilci AFM görüntüleri Şekil 4'te gösterilmiştir (bu adım Şekil 3D'degösterilmiştir), son metal nanoyapıların SEM görüntüleri Şekil 5'te görülebilir (bu adım Şekil 3H). Şekil 6, papyon DNA origami ile şablonlanmış metalik nanoyapıların optik işlevselliğini göstermektedir.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td colspan="5">Katlanır tampon (FOB) bileşen konsantrasyonları [mM]</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Tris</td>
			<td>Asetik asit</td>
			<td>Edta</td>
			<td>Magnezyum klorür</td>
			<td>Ph</td>
		</tr>
<tr>
<td>2.5x FOB</td>
			<td>100</td>
			<td>47.5</td>
			<td>2.5</td>
			<td>31.25</td>
			<td>~8,3</td>
		</tr>
<tr>
<td>1x FOB</td>
			<td>40</td>
			<td>19</td>
			<td>1</td>
			<td>12.5</td>
			<td>~8,3</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 1: Katlanır tampon (FOB) bileşimi.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>Sıcaklık aralığı [oC]</td>
			<td>Soğutma hızı</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>Durdurulana kadar basılı tutun</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 2: Bowtie origami katlama için Termal rampa. Annealing sonra, origami program el ile durdurulana kadar 12 oC'de saklanır.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>PECVD ve RIE parametreleri</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>Gaz</td>
			<td>Gaz akışı [sccm]</td>
			<td>Oda basıncı [mTorr]</td>
			<td>RF gücü [W]</td>
			<td>Sıcaklık [oC]</td>
			<td>Süre [s]</td>
		</tr>
<tr>
<td>a-Si PECVD</td>
			<td>N2'de %5 SiH4
</td>
			<td>500</td>
			<td>1000</td>
			<td>15</td>
			<td>250</td>
			<td>90</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>O2 plazma tedavisi</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>SiO2 RIE
</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>A-Si'nin RIE'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>Kalan a-Si RIE</td>
			<td>O2
</td>
			<td>8</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>SF6
</td>
			<td>100</td>
			<td>90</td>
			<td>50</td>
			<td>30</td>
			<td>35-40</td>
		</tr>
</tbody></table>Tablo 3: Plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar birikimi (PECVD) ve reaktif iyon gravür (RIE) için proses parametreleri. Bu aygıtlar için proses parametreleri tek tek cihazlara özgüdur ve kullanıldığında uyarlanmış olmaları gerekebilir.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig1.jpg"> Şekil 1: Papyon DNA origami tasarımı. (A) Çekirdek yapısının çift sarmal olarak gösterildiği ve poliT-çıkıntıların dalgalı çizgiler olarak gösterildiği papyon origami tasarımının şematik gösterimi. (B) CaDNAno yazılımında papyon origami tasarımının bir bölümünün ekran görüntüsü. Kırmızı haçlar büküm düzeltmesi için atlama taban çiftini gösterir ve t8-çıkıntıları künt uçlu taban istiflemeönlemek için eklenir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig2.jpg"> Şekil 2: Papyon DNA origami yapısının karakterizasyonu. (A) Poli(etilen glikol) (PEG) saflaştırma öncesi ve sonrası papyon yapısının agarose jel elektroforezi. 7249 nükleotituzun iskelesi referans olarak kullanılır. (B) Arınmadan önce papyon yapılarının atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntüsü. (C) PEG saflaştırma sonrası papyon yapılarının AFM görüntüsü. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig3.jpg"> Şekil 3: Üretim süreci akışının şeması (boyutlar ölçekte değildir). (A) Zar ve substrat temizleyin. (B) Plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar birikimi (PECVD) ile bir a-Si tabakası nı yatırın. *A-Si'nin altında ek bir kurban tabakası kullanmak mümkün olup, hf. (C) Örnek yüzeyini O2 plazma ile tedavi edin ve üzerine DNA origamisi koyun. (D) SiO2 maskesini kurutucuda büyütün. (E) SiO2 ince bir tabaka ve reaktif iyon gravür (RIE) tarafından altında a-Si ile etch. (F) Fiziksel buhar birikimi (PVD) ile maske ile metal mevduat. (G) HF. (H) ile kalkış rie tarafından kalan a-Si kaldırın. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig4.jpg">
Şekil 4: Dna origami şekilli desenli SiO2 filminin Temsili AFM görüntüleri. (A) 10 μm x 10 μm tarama alanı desen oluşumunun yüksek verimini gösterir. (B) Yakın 3 μm x 3 μm'lik bir talan, SiO2 filmindeki doğru bireysel desenleri gösterir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig5.jpg"> Şekil 5: Yapısal olarakfarklı DNA origamisi ile şablonlanmış metalik nanoyapıların elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri. (A) Çapraz şekilli DNA origami, yani, sözde Seeman kiremit origami54. (B) Papyon antenleri. (C) Chiral double-L (CDL) yapıları. İnsetler, 150 nm x 150 nm kutu boyutlarına sahip tek tek yapıları gösterir. Tam yapıların üretim verimi kadar 76% papyon origami ve ~ 50% burada34görüntülenen diğer yapılar için . Bu rakam Shen ve ark.34'tenuyarlanmış ve değiştirilmiştir. Bu rakam yazarların izniyle çoğaltılır ve The American Association for the Advancement of Science, 2018 tarafından yayınlanmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60313/60313fig6.jpg"> Şekil 6: Ortaya çıkan nanoyapıların temsili optik/fonksiyonel özellikleri. (A)Farklı polarizasyon (turuncu ve mavi olarak kodlanmış renk) ile bireysel bir altın papyon yapısının lokalize yüzey plazmon rezonans (LSPR) ölçümleri. Katı çizgiler spektrumlar ölçülür ve kesik çizgiler simülasyon sonuçlarıdır. Insets ölçülen parçacığın (solda) ve simülasyon için kullanılan modelin (sağda) SEM görüntüsünü gösterir. (B) Yüzey geliştirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) rhodamine 6G ve 2,2-bipyridine papyon nanoyapılar ile kaplı bir yüzey üzerinde ölçülür. Her bir örneğin taban çizgisi, nanoyapıların olmadığı sinyal düzeyini gösterir. Bu rakam Shen ve ark.34'tenuyarlanmış ve değiştirilmiştir. Bu rakam yazarların izniyle çoğaltılır ve The American Association for the Advancement of Science, 2018 tarafından yayınlanmıştır. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/60313fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Supplemental File 1" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup1.jpg"> Ek Dosya 1: CaDNAno dosyası <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_poly-T.json" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Supplemental File 2" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup2.jpg"> Ek Dosya 2: m13mp18 dizisi <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/m13mp18_sequence.txt" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Supplemental File 3" src="/files/ftp_upload/60313/60313sup3.jpg"> Ek Dosya 3: Zımba iplikçik sırası <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60313/bowtie_staple_sequences.xlsx" target="_blank">Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.</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

Burada, dna origami şekillerini kılavuz şablonlar olarak kullanarak substratlarda ayrık ve doğru inorganik nanoyapılar oluşturmak için bir protokol açıklıyoruz. Yöntem şeffaf bir substrat (safir) üzerinde plazmonik altın papyon şeklinde antenler oluşturarak gösterilmiştir.

Algılama Uygulamaları için İnorganik Yapıların DNA Origami Aracılı Substrat Nanodesenleme

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

Bu protokol, aşağıdan yukarıya dna origami tekniğini yukarıdan aşağıya nanofabrikasyon metotları ile birleştirerek inorganik nanoyapıların farklı yüzeylerde 10 nanometre altı özellik boyutlarına paralel olarak üretilmesine olanak sağlar. Bu teknik, pahalı desenleme yöntemlerine gerek kalmadan, aynı anda, neredeyse herhangi bir şekilde milyarlarca doğru nanoyapı oluşturmak için kullanılabilir. Bu yöntem, yüzey geliştirilmiş Raman spektroskopisi gibi algılama uygulamalarında harnessed olma potansiyeline sahiptir, hem de yeni optik metayüzeyler oluşturmak için.Bu protokol oldukça basit olmasına rağmen, daha fazla disiplin üretim becerileri gereklidir ve bu nedenle, görsel gösteri çeşitli geçmişlere sahip araştırmacılar için yararlı olacaktır. Petteri Piskunen ile prosedürü gösteren Sofia Julin, bizim laboratuvardan başka bir yüksek lisans öğrencisi olacak. Zımba iplikçiklerinin stoğunu yapmak için, papyon yapısı için gerekli olan tüm oligonükleotidlerin eşit miktarda karıştırın ve 200 mikrolitrelik PCR tüpte 40 mikrolitre lik zımba çözeltisi ve 40 mikrolitre 2,5 X katlanır tampon ile M13 MP18 iskele ipliğini 20 mikrolitre karıştırın.Daha sonra tabloda belirtildiği gibi 90 ila 27 santigrat derece bir termocycler reaksiyon karışımı anneal. Substrat hazırlamak için, sonication iki dakika boyunca izopropanol bir cam konteyner içine yongaları aktarmadan önce en az 15 dakika boyunca 52 santigrat derece aseton bir cam kap içinde bir safir gofret kesilmiş yaklaşık yedi yedi milimetre cips batırın. Sonication sonunda, izopropanol fişleri kaldırmak için cımbız kullanın ve hemen akış yönüne paralel talaş yüzeyleri ile mümkün olan en yüksek akış azot ile cips kuru.Amorf silikon tabakasının plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar birikimi için, kurutulmuş yongaları plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme aletine yerleştirin ve amorf silikonun yaklaşık 50 nanometre büyümesi için alet modeline ve kalibrasyona göre biriktirme parametrelerini ayarlayın. Amorf silikon tabakasının oksijen plazma tedavisi için, reaktif iyon gravür aleti içine yongaları yerleştirin ve alet modeli ve kalibrasyon göre oksijen plazma oluşturmak için gravür parametreleri ayarlayın. Sonra oksijen plazma tedavi programı çalıştırın.Oksijen plazma tedavisi 30 dakika içinde, katlanabilir ve saflaştırılmış DNA origami çözeltisi beş mikrolitre katlama tampon dört mikrolitre ve bir molar magnezyum klorür bir mikrolitre ile karıştırın. Her oksijen plazma ile tedavi çip üzerine DNA origami karışımı 10 mikrolitre dete ve oda sıcaklığında beş dakikalık kuluçka için cips kapağı. Kuluçka sonunda, talaş ların merkezlerine dokunmaktan kaçınArak pipetle suyu birkaç kez durulayarak, 100 mikrolitre distile su ile talaş yüzeylerini yıkayın.Sadece gösterildiği gibi 2-3 kez daha külleme sonra, hemen azot akışı ile cips kuru. Bir silikon dioksit maskesi büyümek için, distile su 30 mililitre ile silika jel 100 gram karıştırın. Bir kurutucu içine silika jel karışımı yerleştirin ve delikli bir plaka ile jel ayırın.24 saat sonra, adsord DNA origamisi ile yongaları kurutucudaki delikli platforma yerleştirin ve talaşların bir tarafına 10 mililitre tetraetil ortosilikat içeren bir şişe ve talaşların diğer tarafına %25 amonyum hidroksit içeren 10 mililitrelik bir şişe yerleştirin. Sonra oda sıcaklığında 20 saatlik kuluçka için oda mühür. Kuluçka sonunda, bir silikon dioksit film DNA origami yapıları olmayan alanlarda oluşmuş olacak, DNA origami şekilli delikler icar10 ila 20 nanometre desenli maske oluşturma.Silikon dioksitin reaktif iyon aşındırması için, talaşları reaktif iyon aşındırma aletine yerleştirin ve silikon dioksit maskesindeki deliklerin altındaki amorf silikon tabakasını ortaya çıkarmak için gravür parametrelerini silikon dioksitin sadece 2-5 manometresine yerleştirin. Doğru parametreler ekipmanın türüne ve belirli kuruluma bağlı olarak, tüm gravür parametreleri seçilen aletler için optimize edilmelidir. Bazı yinelemeler gerekebilir.Anisotropic silikon dioksit plazma gravür programı çalıştırdıktan sonra, 50 nanometre amorf silikon tabakası ile delmek için gravür parametreleri ayarlayın. Sonra izotropik silikon plazm gravür programı çalıştırın. Fiziksel buhar birikimi için, talaşları fiziksel buhar biriktirme aletinin buharlaşma odasına yükleyin ve yapışkan bir hedef metal seçin.Hedef malzeme ve kalınlık için kalınlık kontrol programını ayarlayın ve elektron ışınını başlatın, ışını hedefe hizalayın ve saniyede 0,05 nanometre lik bir biriktirme hızına ulaşıncaya kadar ışın akımını artırın. Sonra iki nanometre son kalınlığı ulaşılına kadar buharlaşır. Buharlaşmasonunda, hazneyi havalandırmadan veya işlemi kesintiye uğratmadan ikinci hedef metali seçin ve kalınlığı ayarlayın.20 nanometre kalınlığa ulaşılAna kadar buharlaşmadan önce saniyede 0,05 nanometre biriktirme hızı elde edilene kadar elektron ışını hedefe hizalayın. DNA origami şeklindeki metal yapı, toplam yüksekliği 22 nanometre olan silikon dioksit maske delikleri ile oluşturulacaktır. Odayı boşalttıktan sonra, örnekleri çıkarın.Hidroflorik asit kalkışı için numuneleri hidroflorik asit bazlı etchant'a batırın ve numuneleri hafifçe karıştırmak için plastik cımbız kullanın. Silikon dioksit tabakasının tamamen aşınmasını ve metal tabakanın numuneleri çift distile su ve izopropanol ile durulamadan önce ayrılmasını bekleyin. Daha sonra proteinleri gösterildiği gibi azot akışı ile kurulayın.Kalan amorf silikonun reaktif iyon gravürleri için, talaşları reaktif iyon gravür aletine yerleştirin ve amorf silikonun 50 nanometresinin tamamının çıkarılması yoluyla gravür parametrelerini ayarlayın. Kalan amorf silikon kaldırmak için izotropik amorf silikon plazma gravür programı çalıştırın. Daha sonra reaktif iyon gravür ekipmanından numuneleri çıkarın ve kapalı bir kapta saklayın.Agarose jel elektroforez ve atomik kuvvet mikroskopisi DNA origami katlama ve polietilen glikol arıtma kalitesini analiz etmek için kullanılabilir. Burada silikon dioksit maskesi büyüme sonrası temsili atomik kuvvet mikroskopi görüntüleri gösterilmiştir. Bu görüntülerde ise son metal nanoyapıların taramalı elektron mikroskobu görülebilir.Bu grafiklerde, papyon DNA origami ile şablonlu metalik nanoyapıların optik işlevselliği analiz edilmiştir. Silikon dioksit maskesi büyümesi süreç için çok önemlidir ve TEOS'un nemine ve reaktivitesine karşı oldukça hassastır. Bu nedenle, bu parametrelerin tekrarlanabilirlik için dikkatle kontrol edilmelidir.DNA origami tekniği yüksek sıralı DNA desenleri ile daha da birleştirilirse, görünür dalga boyu aralığında metamalzemelerin ve yüzeylerin üretilmesinin önünü açabilir.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Tersi Küçük Moleküller veya Biosensor Uygulamaları için Çok bileşenli Yapılar hareketsiz için microfluidic On-chip Yakalama sikloeklenme Tepki

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

Kısa Peptidlerinin Self-meclisi tarafından Sıralı Biyomoleküler Yapıların Oluşumu

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

Plazma ile Hidrofobik Metal-Organik Altyapıları hazırlanması Amonyak Kaldırma için perfluorobütanlar Kimyasal Buhar Kaplama Geliştirilmiş

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

Hafif reaksiyon koşulları altında paladyum - Dikloro {bis [(phosphinetriyl) tripiperidine 1,1 &#39;, 1&#39;&#39;]} katalize Mizoroki-Heck Çapraz bağlama reaksiyonları

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

Son derece kararlı, Fonksiyonel Tüylü Nanoparçacıklar ve Ahşap Elyaf Biyopolimerler: Sürdürülebilir Nanoteknoloji Doğru

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

sentezi [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; Metastabil Sn (I) &#39;in, bir Co-kondensasyon yöntemi ile sentezlenmiş halojenür çözeltisinden kullanılması

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

Tek Molekül Kuvvetleri Spektroskopisi kullanarak İnorganik Malzemelerle Amino Asitler ve Peptitler Etkileşimi içine Trendleri

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

Elektrokatalitik Uygulamalar İçin Asal Olmayan Metal Dökme Elektrodların Hazırlanması İçin Basit Yöntemler

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

Fotovoltaik uygulamalar için tüm inorganik Halide Perovskite mürekkepler baskı mürekkep püskürtmeli

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

Nano-Gözenekli Anodize Alüminyum ve Karakterizasyonu ile Demir Nanowire İmalatı

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