Il nanopatterndifid antistrato DNA Mediato delle strutture inorganiche per applicazioni di rilevamento

Questo protocollo combina la tecnica degli origami di DNA basata dal basso verso l'alto con metodi di nanofabbricazione dall'alto verso il basso che consentono la fabbricazione parallela di nanostrutture inorganiche con dimensioni delle caratteristiche sub-10 nanometriche su diversi substrati. Questa tecnica può essere utilizzata per creare miliardi di nanostrutture accurate contemporaneamente, praticamente in qualsiasi forma senza la necessità di costosi metodi di patterning. Questo metodo ha il potenziale per essere sfruttato in applicazioni di rilevamento come la spettroscopia Raman potenziata dalla superficie, nonché per creare nuove metasuperfici ottiche.

Sebbene questo protocollo sia piuttosto semplice, sono necessarie maggiori capacità di fabbricazione disciplinare e, pertanto, la dimostrazione visiva sarà utile per i ricercatori con una varietà di background. A dimostrare la procedura con Petteri Piskunen sarà Sofia Julin, un'altra studentessa del nostro laboratorio. Per rendere lo stock di fili di base, mescolare quantità uguali di tutti gli oligonucleotidi necessari per la struttura del papillon e mescolare 20 microlitri del filamento di impalcatura M13 MP18 con 40 microlitri della soluzione di graffetta e 40 microlitri di tampone pieghevole da 2,5 X in un tubo PCR da 200 microlitri.

Quindi ricottura la miscela di reazione in un termociclo da 90 a 27 gradi Celsius come delineato nella tabella. Per preparare il substrato, immergere circa sette per sette millimetri di trucioli tagliati da un wafer di zaffiro in un contenitore di vetro di 52 gradi Celsius acetone per almeno 15 minuti prima di trasferire i trucioli in un contenitore di vetro di isopropanolo per due minuti di sonicazione. Al termine della sonicazione, utilizzare le pinzette per rimuovere i trucioli dall'isopropanolo e asciugare immediatamente i trucioli con azoto al massimo flusso possibile con le superfici del truciolo parallele alla direzione del flusso.

Per la deposizione di vapore chimico potenziato al plasma dello strato di silicio amorfo, posizionare i trucioli essiccati nello strumento di deposizione chimica del vapore potenziato al plasma e impostare i parametri di deposizione in base al modello dello strumento e calibrazione per far crescere circa 50 nanometri di silicio amorfo. Per il trattamento al plasma di ossigeno dello strato di silicio amorfo, posizionare i trucioli nello strumento di incisione ionica reattiva e impostare i parametri di incisione per generare plasma di ossigeno in base al modello dello strumento e alla calibrazione. Quindi eseguire il programma di trattamento del plasma di ossigeno.

Entro 30 minuti dal trattamento con plasma di ossigeno, mescolare cinque microlitri di soluzione di origami di DNA piegata e purificata con quattro microlitri di tampone pieghevole e un microliter di un cloruro di magnesio molare. Depositare 10 microlitri della miscela di origami di DNA su ogni chip trattato con plasma di ossigeno e coprire i trucioli per un'incubazione di cinque minuti a temperatura ambiente. Al termine dell'incubazione, lavare le superfici del truciolo con 100 microlitri di acqua distillata, risciacquando l'acqua avanti e indietro alcune volte con la pipetta evitando di toccare i centri dei trucioli.

Dopo aver ashing da due a tre volte più volte come appena dimostrato, asciugare immediatamente i trucioli con flusso di azoto. Per far crescere una maschera di biossido di silicio, mescolare 100 grammi di gel di silice con 30 millilitri di acqua distillata. Mettere la miscela di gel di silice in un essiccatore e separare il gel con una piastra perforata.

Dopo 24 ore, posizionare i trucioli con origami di DNA adsorbiti sulla piattaforma perforata nell'essiccatore e posizionare una fiala contenente 10 millilitri di tetraetil ortosilicato su un lato dei trucioli e una fiala contenente 10 millilitri di idrossido di ammonio al 25% dall'altro lato dei trucioli. Quindi sigillare la camera per un'incubazione di 20 ore a temperatura ambiente. Alla fine dell'incubazione, un film di biossido di silicio si sarà formato sulle aree senza le strutture degli origami del DNA, creando una maschera modellata da 10 a 20 nanometri con fori a forma di origami di DNA.

Per l'incisione reattiva degli ioni del biossido di silicio, posizionare i trucioli nello strumento di incisione ionica reattiva e impostare i parametri di incisione per incidere solo due o cinque manometri del biossido di silicio per rivelare lo strato amorfo di silicio sotto i fori nella maschera di biossido di silicio. Tutti i parametri di incisione dovrebbero essere ottimizzati per gli strumenti scelti, in quanto i parametri corretti dipendono dal tipo di attrezzatura e dall'insieme specifico. Potrebbero essere necessarie alcune iterazioni.

Dopo aver eseguono il programma di incisione al plasma di biossido di silicio anisotropico, impostare i parametri di incisione per perforare attraverso lo strato di silicio amorfo da 50 nanometri. Quindi eseguire il programma di incisione del plasma di silicio isotropo. Per la deposizione fisica del vapore, caricare i trucioli nella camera di evaporazione dello strumento fisico di deposizione del vapore e selezionare un metallo bersaglio adesivo.

Impostare il programma di controllo dello spessore per il materiale e lo spessore di destinazione e avviare il fascio di elettroni, allineando il fascio al bersaglio e aumentando la corrente del fascio fino a raggiungere una velocità di deposizione di 0,05 nanometri al secondo. Quindi evaporare fino a raggiungere uno spessore finale di due nanometri. Al termine dell'evaporazione, selezionare il secondo metallo bersaglio senza sfiatare la camera o interrompere il processo e impostare lo spessore.

Allineare il fascio di elettroni al bersaglio fino a raggiungere una velocità di deposizione di 0,05 nanometri al secondo prima di evaporare fino a raggiungere uno spessore di 20 nanometri. La struttura metallica a forma di origami di DNA sarà creata attraverso i fori della maschera di biossido di silicio con l'altezza totale di 22 nanometri. Dopo aver sfiato la camera, rimuovere i campioni.

Per il decollo dell'acido fluoridrico, immergere i campioni in incisione a base di acido fluoridrico e utilizzare pinzette di plastica per mescolare delicatamente i campioni. Attendere che lo strato di biossido di silicio si incise completamente e che lo strato metallico si distacci prima di risciacquare i campioni con acqua doppia distillata e isopropanolo. Quindi asciugare i campioni con un flusso di azoto come dimostrato.

Per l'incisione reattiva degli ioni del silicio amorfo rimanente, posizionare i trucioli nello strumento di incisione ionica reattiva e impostare i parametri di incisione per la rimozione di tutti i 50 nanometri del silicio amorfo. Eseguire il programma di incisione al plasma di silicio amorfo isotropo per rimuovere il silicio amorfo rimanente. Quindi rimuovere i campioni dall'apparecchiatura di incisione ionico reattiva e conservarli in un contenitore coperto.

L'elettroforesi del gel di agarosio e la microscopia a forza atomica possono essere utilizzate per analizzare la piegatura degli origami di DNA e la qualità della purificazione del polietilene glicole. Qui vengono mostrate le immagini rappresentative della microscopia a forza atomica dopo la crescita della maschera di biossido di silicio. Mentre in queste immagini si può osservare la microscopia elettronica a scansione delle nanostrutture metalliche finali.

In questi grafici è stata analizzata la funzionalità ottica delle nanostrutture metalliche, modello dagli origami del DNA del papillon. La crescita della maschera di biossido di silicio è fondamentale per il processo ed è piuttosto sensibile all'umidità e alla reattività di TEOS. Pertanto, questi parametri devono essere attentamente controllati per la riproducibilità.

Se la tecnica degli origami di DNA è ulteriormente combinata con modelli di DNA altamente ordinati, potrebbe spianare la strada alla fabbricazione di metamateriali e superfici all'intervallo di lunghezze d'onda visibili.