Assemblaggio di nanorod oro in Metamolecules plasmoniche chirale utilizzando modelli di Origami del DNA

Questo metodo consente la fabbricazione di assemblaggi plasmonici chirali tridimensionali con forti risposte chiropticali. Il vantaggio principale di questo approccio è che consente la fabbricazione di nanostrutture metalliche complesse utilizzando strumenti software liberamente disponibili e attrezzature comuni per laboratori biochimici. A dimostrare la procedura saranno Yike Huang uno studente laureato e Minh-Kha Nguyen un postdoc del mio laboratorio.

Utilizzare caDNAno per progettare un modello di origami di DNA. Instradare l'impalcatura in fili di graffetta in base alla forma desiderata del modello. Quindi generare le sequenze di filamenti di graffetta facendo clic sull'utensile di sequenza.

Fare clic su strumento di vernice e contrassegnare i fili di graffetta che richiedono ulteriori modifiche. Fare clic su Esporta strumento per esportare le sequenze di graffette del DNA in un file CSV. Quindi importare il file CSV in un'applicazione foglio di calcolo.

Aggiungete una sequenza di poliadenina alla fine delle graffette da utilizzare come maniglie per l'assemblaggio di nanorodi d'oro. Modificate i fili di graffetta nei siti di blocco progettati con sequenze di blocco. Preparare un materiale di lavoro di trefoli di base, compresi i fili con maniglie e serrature, mescolando quantità uguali di oligonucleotidi di base normalizzati a concentrazione.

Quindi preparare la miscela di origami come descritto nel protocollo di testo. Ricottura la miscela nel termociclo da 80 gradi a 20 gradi Celsius. Per un gel all'1%, sciogliere un grammo di agarosio in 100 millilitri di TBE riscaldando la miscela nel forno a microonde.

Aggiungere 10 microlitri di macchia di DNA 10.000X secondo le specifiche di macchia. Per ridurre al minimo l'esposizione alla luce UV nella fase di estrazione utilizzare una macchia di DNA che può essere visualizzato sotto eccitazione blu. Gettare il gel e incubare per 30 minuti a temperatura ambiente.

Quindi mettere la scatola di gel in un bagno d'acqua ghiacciata. Aggiungere il buffer di carico ai campioni di origami e caricare i campioni nei pozzi con un volume adeguato in base al cono utilizzato. Eseguire l'elettroforesi per due ore a 80 volt.

Immagine del gel con l'imager in gel. Utilizzare un transilluminatore a luce blu per visualizzare le bande e tagliare la banda degli origami. Quindi rompere il gel sul parafilm ed estrarre il liquido.

La resa di recupero è di circa il 40%Pipettare il liquido in un'unità filtrante centrifuga e girare a 3.000 volte G per cinque minuti. Misurare l'assorbimento della soluzione di origami a 260 nanometri con uno spettrometro visibile UV. Per preparare le nanorodi d'oro, sciogliere 0,55 grammi di CTAB e 0,037 grammi di acido 2, 6-diidrossibenzoico in 15 millilitri di acqua calda in un pallone fondo rotondo.

Dopo aver raffreddato la soluzione a 30 gradi Celsius, aggiungere 600 microlitri di nitrato d'argento millimolare e mescolare a 450 giri/min per due minuti. Lasciare la soluzione indisturbata per 15 minuti a 30 gradi Celsius. Successivamente, aggiungere 15 millilitri di un tetracloroaurato di idrogeno millimolare alla soluzione e mescolare a 450 giri/min per 15 minuti.

Inoltre, aggiungere 120 microlitri di acido L-ascorbico millimolare e mescolare immediatamente a 1.200 giri/min per 30 secondi. Ora, aggiungi 12 microlitri di semi d'oro e continua a mescolare a 1.200 giri/min per 30 secondi. Incubare la soluzione in un bagno d'acqua a 30 gradi Celsius per 18 ore.

Non disturbare la soluzione e utilizzare un tappo per chiudere il pallone. Trasferire la soluzione risultante in tubi di centrifuga e centrifuga a 9.500 volte G per 12 minuti a 20 gradi Celsius. Scartare il supernatante e disperdere il pellet in 20 millilitri di acqua ultra pura.

Eseguire un'altra fase di centrifugazione e quindi disperdere il pellet finale in tre millilitri di acqua distillata. Stimare la concentrazione di nanorod d'oro da una misurazione dell'assorbimento visibile UV usando il coefficiente di estinzione per la risonanza longitudinale del plasmone. Mescolare 150 microlitri di 10 nanorodi d'oro nanomolare e 40 microlitri di DNA tiolo trattato con TCEP da 0,5 millimolare.

Aggiungere l'1%SDS alla soluzione di nanorodo d'oro fino a raggiungere una concentrazione finale di SDS dello 0,05%. Regolare il PH tra 2,5 e tre con circa un microlitro di un HCL molare. Incubare per due ore tremando a 70 giri/min.

Aggiungere cloruro di sodio per raggiungere una concentrazione finale di cloruro di sodio di 0,5 molare e incubare per quattro ore a temperatura ambiente tremando a 70 giri/min. Quindi, regolare il PH a circa 8,5 con tampone TBE 10X e incubare durante la notte. Lavare le nanorodi d'oro del DNA quattro volte mescolando i campioni con un millilitro di tampone di lavaggio e centrifuga a 7.000 volte G per 30 minuti.

Rimuovere il supernatante e rimescolare le nanorodi d'oro del DNA nel liquido rimanente. Stimare la concentrazione di nanorod d'oro al DNA da una misurazione dell'assorbimento visibile UV come prima. Aggiungere cloruro di magnesio alla soluzione di nanorod d'oro dna purificato ad una concentrazione finale di 10 millimolare.

Mescolare le nanorode d'oro del DNA purificate e gli origami a un rapporto 10 a uno e produrre la miscela in un mixer con un controllo della temperatura da 40 gradi Celsius a 20 gradi Celsius mentre si trema a 400 giri/min. Utilizzare l'elettroforesi del gel di agarosio allo 0,7% per purificare le strutture finali di nanorodo d'oro origami. Per l'imaging TEM, mescolare 200 microlitri di soluzione di formato 0,75%uranil e 1 microlitro di cinque idrossido di sodio molare.

Vortice subito per due o tre minuti. Centrifugare la soluzione di macchia per tre o quattro minuti a 14.000 volte G.Quindi, proteggere la macchia dall'esposizione alla luce avvolgendolo in un foglio di alluminio. Dopo aver aumentato l'idrofalicità delle griglie TEM come descritto nel protocollo di testo, la pipetta cinque campioni di microliter cade sulla griglia TEM.

Dopo un'incubazione da cinque a otto minuti, rimuovere la goccia toccando delicatamente una carta da filtro con il bordo della griglia. Ora, pipetta una grande goccia e una piccola goccia della soluzione di macchia su un pezzo di parafilm. Mettere la griglia sulla piccola soluzione di macchia cadere e asciugare immediatamente toccando la carta filtrante con il bordo della griglia.

Quindi, mettilo sulla grande caduta della soluzione di macchia per 30 secondi. Qui è mostrata un'immagine TEM dei modelli di origami di DNA. La struttura degli origami è costituita da due fasci a 14 eliche collegati tra loro dal filo dell'impalcatura.

Qui viene mostrata un'immagine TEM rappresentativa delle nanorodi d'oro. Le dimensioni medie delle nanorodi d'oro sintetizzata sono di 70 per 30 nanometri. Questa immagine mostra dimeri nanorod d'oro sugli origami dopo la ricottura.

A causa della loro preferenza vincolante per le griglie TEM, gli assiemi nanorod d'oro origami sono solitamente visti come fasci e aste di origami paralleli. Il protocollo consente alte rese dell'assemblaggio di nanorodi d'oro in meta-molecole chirali con forti risposte di dicroismo circolare plasmonico. Qui sono mostrati gli spettri delle strutture chiuse e le strutture aperte.

Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori per esplorare le proprietà ottiche plasmoniche di complesse nanostrutture metalliche auto-assemblate. Come descritto nel protocollo di testo, in questo metodo vengono utilizzate diverse sostanze chimiche pericolose. Si prega di controllare attentamente la scheda di dati di sicurezza del materiale e prendere le precauzioni necessarie.