Nanopatrón de nanopatrón de nanopatrón de sustrato mediado por origami de ADN para aplicaciones de cizallamiento

Este protocolo combina la técnica de origami de ADN basada en abajo hacia arriba con métodos de nanofabricación de arriba hacia abajo que permiten la fabricación paralela de nanoestructuras inorgánicas con tamaños de características de nanómetros sub-10 en diferentes sustratos. Esta técnica se puede utilizar para crear miles de millones de nanoestructuras precisas a la vez, prácticamente en cualquier forma sin la necesidad de costosos métodos de modelado. Este método tiene el potencial de aprovecharse en aplicaciones de detección como la espectroscopia Raman mejorada en superficie, así como para crear nuevas metasuperficies ópticas.

Aunque este protocolo es bastante sencillo, se necesitan más habilidades disciplinarias de fabricación y, por lo tanto, la demostración visual será útil para los investigadores con una variedad de antecedentes. Demostrando el procedimiento con Petteri Piskunen estará Sofia Julin, otra estudiante de posgrado de nuestro laboratorio. Para hacer el stock de hebras de grapas, mezcle las cantidades iguales de todos los oligonucleótidos necesarios para la estructura de la pajarita y mezcle 20 microlitros del hilo de andamios M13 MP18 con 40 microlitros de la solución de material básico y 40 microlitros de búfer plegable 2.5 X en un tubo PCR de 200 microlitros.

A continuación, recocido la mezcla de reacción en un termociclo de 90 a 27 grados Celsius como se describe en la tabla. Para preparar el sustrato, sumerja aproximadamente siete por siete milímetros de virutas cortadas de una oblea de zafiro en un recipiente de vidrio de 52 grados Celsius acetona durante al menos 15 minutos antes de transferir las virutas en un recipiente de vidrio de isopropanol durante dos minutos de sonicación. Al final de la sonicación, utilice pinzas para eliminar las virutas del isopropanol y seque inmediatamente las virutas con nitrógeno en el flujo más alto posible con las superficies de la viruta paralelas a la dirección del flujo.

Para la deposición de vapor químico mejorada por plasma de la capa de silicio amorfo, coloque las virutas secas en el instrumento de deposición de vapor químico mejorado por plasma y establezca los parámetros de deposición de acuerdo con el modelo de instrumento y la calibración para que crezcan aproximadamente 50 nanómetros de silicio amorfo. Para el tratamiento del plasma de oxígeno de la capa de silicio amorfo, coloque las virutas en el instrumento de grabado de iones reactivos y establezca los parámetros de grabado para generar plasma de oxígeno de acuerdo con el modelo de instrumento y la calibración. A continuación, ejecute el programa de tratamiento de plasma de oxígeno.

Dentro de los 30 minutos del tratamiento del plasma de oxígeno, mezcle cinco microlitros de solución de origami de ADN plegado y purificado con cuatro microlitros de tampón plegable y un microlitro de un cloruro de magnesio molar. Deposite 10 microlitros de la mezcla de origami de ADN en cada chip tratado con plasma de oxígeno y cubra los chips durante una incubación de cinco minutos a temperatura ambiente. Al final de la incubación, lave las superficies de la viruta con 100 microlitros de agua destilada, enjuagando el agua de un lado a otro varias veces con la pipeta evitando tocar los centros de las virutas.

Después de cenizar de dos a tres veces más como se acaba de demostrar, secar inmediatamente las virutas con flujo de nitrógeno. Para cultivar una mascarilla de dióxido de silicio, mezcla 100 gramos de gel de sílice con 30 mililitros de agua destilada. Coloque la mezcla de gel de sílice en un desecador y separe el gel con una placa perforada.

Después de 24 horas, coloque las virutas con origami de ADN adsorbido en la plataforma perforada en el desecador y coloque un vial que contenga 10 mililitros de ortosilicato de tetraetilo en un lado de las virutas y un vial que contenga 10 mililitros de hidróxido de amonio al 25% en el otro lado de las virutas. A continuación, selle la cámara durante una incubación de 20 horas a temperatura ambiente. Al final de la incubación, se habrá formado una película de dióxido de silicio en las áreas sin las estructuras de origami de ADN, creando una máscara con patrones de 10 a 20 nanómetros con agujeros en forma de origami de ADN.

Para el grabado de iones reactivos del dióxido de silicio, coloque las virutas en el instrumento de grabado de iones reactivos y establezca los parámetros de grabado para grabar sólo dos a cinco manómetros del dióxido de silicio para revelar la capa de silicio amorfo debajo de los agujeros en la máscara de dióxido de silicio. Todos los parámetros de grabado deben optimizarse para los instrumentos elegidos, ya que los parámetros correctos dependen del tipo de equipo y de la configuración específica. Es posible que se necesiten algunas iteraciones.

Después de ejecutar el programa de grabado de plasma de dióxido de silicio anisotrópico, establezca los parámetros de grabado para perforar a través de la capa de silicio amorfo de 50 nanómetros. A continuación, ejecute el programa de grabado de plasmo de silicio isotrópico. Para la deposición física de vapor, cargue las virutas en la cámara de evaporación del instrumento de deposición de vapor físico y seleccione un metal de destino adhesivo.

Establezca el programa de control de espesor para el material y el espesor objetivo e inicie el haz de electrones, alineando el haz con el objetivo y aumentando la corriente del haz hasta que se alcance una velocidad de deposición de 0,05 nanómetros por segundo. A continuación, evapore hasta alcanzar un espesor final de dos nanómetros. Al final de la evaporación, seleccione el segundo metal de destino sin ventilar la cámara o interrumpir el proceso y establecer el espesor.

Alinee el haz de electrones con el objetivo hasta que se alcance una tasa de deposición de 0,05 nanómetros por segundo antes de evaporarse hasta alcanzar un espesor de 20 nanómetros. La estructura metálica en forma de origami de ADN se creará a través de los orificios de la máscara de dióxido de silicio con la altura total de 22 nanómetros. Después de ventilar la cámara, retire las muestras.

Para el despegue del ácido fluorhídrico, sumerja las muestras en un grabado a base de ácido fluorhídrico y utilice pinzas de plástico para agitar suavemente las muestras. Espere a que la capa de dióxido de silicio se escaba por completo y la capa de metal se desensoste antes de enjuagar las muestras con agua destilada doble e isopropanol. A continuación, seque las muestras con un flujo de nitrógeno como se ha demostrado.

Para el grabado de iones reactivos del silicio amorfo restante, coloque las virutas en el instrumento de grabado de iones reactivos y establezca los parámetros de grabado para la eliminación de los 50 nanómetros del silicio amorfo. Ejecute el programa de grabado de plasma de silicio amorotómico isotrótropo para eliminar el silicio amorfo restante. A continuación, retire las muestras del equipo de grabado de iones reactivos y guárdelas en un recipiente cubierto.

La electroforesis de gel de agarosa y la microscopía de fuerza atómica se pueden utilizar para analizar el plegado de origami de ADN y la calidad de la purificación de polietilenglicol. Aquí, se muestran imágenes representativas de microscopía de fuerza atómica después del crecimiento de la máscara de dióxido de silicio. Mientras que en estas imágenes, se puede observar la microscopía electrónica de barrido de las nanoestructuras metálicas finales.

En estos gráficos, se analizó la funcionalidad óptica de las nanoestructuras metálicas, plantillasdas por el origami de ADN de pajarita. El crecimiento de la máscara de dióxido de silicio es crucial para el proceso y es bastante sensible a la humedad y reactividad de TEOS. Por lo tanto, estos parámetros deben controlarse cuidadosamente para su reproducibilidad.

Si la técnica del origami de ADN se combina aún más con patrones de ADN altamente ordenados, podría allanar el camino para la fabricación de metamateriales y superficies en el rango de longitud de onda visible.