DNA אוריגמי-תיווך המצע Nanopatterning של מבנים אורגניים עבור יישומים חישה

פרוטוקול זה משלב את טכניקת אוריגמי DNA מלמטה למעלה עם שיטות nanofabrication מלמעלה למטה המאפשר ייצור מקביל של nanostructures אנאורגני עם תת 10 ננומטר תכונה גדלים על מצעים שונים. טכניקה זו יכולה לשמש ליצירת מיליארדי ננו-מבנים מדויקים בבת אחת, כמעט בכל צורה ללא צורך בשיטות דפוס יקרות. שיטה זו יש פוטנציאל להיות רתום יישומים חישה כגון ספקטרוסקופיה ראמן משופרת פני השטח, כמו גם כדי ליצור metasurfaces אופטי חדש.

למרות פרוטוקול זה הוא פשוט למדי, יותר את כישורי ייצור משמעתי נדרשים ולכן, הדגמה חזותית יהיה שימושי עבור חוקרים עם מגוון רחב של רקעים. הפגנת ההליך עם פטרי Piskunen יהיה סופיה ג'ולין, עוד סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלנו. כדי להפוך את המלאי של גדילי סיכה, לערבב כמויות שוות של כל oligonucleotides הדרושים למבנה עניבת פרפר ולערבב 20 microliters של גדיל פיגום M13 MP18 עם 40 microliters של פתרון מלאי מצרך ו 40 microliters של 2.5 חיץ קיפול X בצינור PCR 200 מיקרוליטר.

ואז anneal תערובת התגובה בתרמוצ'ילר מ 90 עד 27 מעלות צלזיוס כמתואר בטבלה. כדי להכין את המצע, לטבול כ 7 על 7 מילימטרים שבבים לחתוך מן רקיק ספיר במיכל זכוכית של 52 מעלות צלזיוס אצטון לפחות 15 דקות לפני העברת השבבים לתוך מיכל זכוכית של איזופרופנול במשך שתי דקות של sonication. בסוף sonication, להשתמש פינצטה כדי להסיר את השבבים מן isopropanol ומיד לייבש את השבבים עם חנקן בזרימה הגבוהה ביותר האפשרית עם משטחי השבב במקביל לכיוון הזרימה.

לתצהיר אדים כימיים משופרים בפלזמה של שכבת הסיליקון האמורפית, מניחים את השבבים המיובשים במכשיר התצהיר הכימי המשופר בפלזמה ומגדירים את פרמטרי התצהיר בהתאם לדגם המכשיר וכיולו כדי לגדל כ -50 ננומטר של סיליקון אמורפי. לטיפול בפלסמת חמצן בשכבת הסיליקון האמורפית, מניחים את השבבים בכלי תחריט היונים תגובתי ומגדירים את פרמטרי התחריט ליצירת פלזמת חמצן בהתאם לדגם המכשיר וכיולו. ואז להפעיל את תכנית טיפול פלזמת חמצן.

תוך 30 דקות מטיפול פלזמת החמצן, מערבבים חמישה מיקרוליטרים של תמיסת אוריגמי DNA מקופלת ומטוהרת עם ארבעה מיקרוליטרים של חיץ מתקפל ומיקרוליטר אחד של מגנזיום כלוריד אחד. הפקד 10 microliters של תערובת אוריגמי DNA על כל שבב פלזמה חמצן מטופלים לכסות את השבבים עבור דגירה חמש דקות בטמפרטורת החדר. בסוף הדגירה, לשטוף את משטחי השבב עם 100 microliters של מים מזוקקים, לשטוף את המים קדימה ואחורה כמה פעמים עם פיפטה תוך הימנעות לגעת במרכזי השבבים.

לאחר אפר פעמיים עד שלוש פעמים נוספות כפי שהוכח רק, מיד לייבש את השבבים עם זרימת חנקן. כדי לגדל מסכת דו תחמוצת הסיליקון, יש לערבב 100 גרם של ג'ל סיליקה עם 30 מיליליטר מים מזוקקים. מניחים את תערובת ג'ל סיליקה לתוך desiccator ולהפריד את הג'ל עם צלחת מחוררת.

לאחר 24 שעות, מניחים את השבבים עם אוריגמי DNA מסוכך על הפלטפורמה מחוררת במייבש ולהמקם בקבוקון המכיל 10 מיליליטר של אורתוסיליט tetraethyl בצד אחד של השבבים בקבוקון המכיל 10 מיליליטר של 25% אמוניום הידרוקסיד בצד השני של השבבים. ואז לאטום את התא עבור דגירה 20 שעות בטמפרטורת החדר. בסוף הדגירה, סרט דו תחמוצת הסיליקון ייווצר על האזורים ללא מבנים אוריגמי DNA, יצירת מסכה בדוגמת 10 עד 20 ננומטר עם חורים בצורת אוריגמי DNA.

לחריטת יון תגובתי של דו תחמוצת הסיליקון, מניחים את השבבים לתוך מכשיר תחריט היונים תגובתי ומגדירים את פרמטרי התחריט לחרוט רק שניים עד חמישה מדי מונים של דו תחמוצת הסיליקון כדי לחשוף את שכבת הסיליקון האמורפית מתחת לחורים במסכת הסיליקון הדו-חמצני. יש לייעל את כל פרמטרי התחריט עבור המכשירים שנבחרו, גם כאשר הפרמטרים הנכונים תלויים בסוג הציוד ובהגדרה הספציפית. ייתכן שיהיה צורך בכמה שינויים.

לאחר הפעלת תוכנית תחריט פלזמה סיליקון דו חמצני anisotropic, להגדיר את הפרמטרים תחריט לנקב דרך שכבת סיליקון אמורפי 50 ננומטר. לאחר מכן הפעל את תוכנית תחריט פלסם סיליקון איזוטרופי. לתצהיר אדים פיזיים, העמיסו את השבבים לתא האידוי של מכשיר התצהיר של האדים הפיזיים ובחרו מתכת יעד דבק.

הגדר את תוכנית בקרת העובי עבור חומר היעד ועובי ולהתחיל את קרן האלקטרונים, יישור הקרן ליעד והגדלת זרם הקרן עד קצב התצהיר של 0.05 ננומטר לשנייה הוא הגיע. ואז להתאדות עד עובי סופי של שני ננומטר הוא הגיע. בסוף האידוי, בחר את מתכת היעד השנייה מבלי לפרוק את התא או להפריע לתהליך ולהגדיר את העובי.

יש ליישר את קרן האלקטרונים למטרה עד לקבלת קצב תצהיר של 0.05 ננומטר לשנייה לפני ההתאדות עד להגעה לעובי של 20 ננומטר. מבנה מתכת בצורת אוריגמי DNA ייווצר דרך חורי מסכת דו תחמוצת הסיליקון עם הגובה הכולל של 22 ננומטר. לאחר אוורור התא, להסיר דגימות.

לקבלת הרמת חומצה הידרופלואורית, לטבול את הדגימות תחריט מבוסס חומצה הידרופלואורית ולהשתמש פינצטה פלסטיק כדי לערבב את הדגימות בעדינות. המתן עד ששכבת הסיליקון הדו-חמצני תחריט לחלוטין ושכבת המתכת תתנתק לפני שטיפה של הדגימות במים מזוקקים כפולים וב- isopropanol. ואז לייבש את הדגימות עם זרימת חנקן כפי שהוכח.

עבור תחריט יון תגובתי של הסיליקון האמורפי הנותר, מניחים את השבבים לתוך מכשיר תחריט יון תגובתי ולהגדיר את הפרמטרים תחריט באמצעות הסרת כל 50 ננומטר של סיליקון אמורפי. הפעל את תוכנית תחריט פלזמה סיליקון איזוטרופית אמורפית כדי להסיר את הסיליקון האמורפי הנותר. לאחר מכן להסיר את הדגימות מציוד תחריט יון תגובתי ולאחסן אותם במיכל מכוסה.

אלקטרופורזה ג'ל אגרוז מיקרוסקופיה כוח אטומי יכול לשמש כדי לנתח את קיפול אוריגמי DNA ואת האיכות של טיהור פוליאתילן גליקול. כאן מוצגות תמונות מיקרוסקופיות של כוח אטומי מייצג לאחר צמיחת מסכת דו תחמוצת הסיליקון. בעוד בתמונות אלה, סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים של nanostructures המתכת הסופי ניתן לראות.

בגרפים אלה, הפונקציונליות האופטית של nanostructures מתכתי, בתבנית על ידי אוריגמי DNA עניבת פרפר, נותח. צמיחת מסכת דו תחמוצת הסיליקון חיונית לתהליך והיא רגישה למדי ללחות ולתאקטיביות של TEOS. לכן, פרמטרים אלה צריכים להיות נשלטים בקפידה לשחזור.

אם טכניקת אוריגמי DNA משולבת עוד יותר עם דפוסי DNA מסודרים מאוד, זה יכול לסלול את הדרך לייצור של metamaterials ומשטחים בטווח אורך הגל הנראה.