金ナノロッドの DNA 折り紙ベース アセンブリに強いキロプティカル特性をもつキラル プラズモニック metamolecules の詳しいプロトコルについて述べる。プロトコルは、キラル構成に限定されない、様々 なプラズモニック アーキテクチャの製作のため簡単に合わせることができます。
金ナノロッドの DNA 折り紙ベース アセンブリに強いキロプティカル特性をもつキラル プラズモニック metamolecules の詳しいプロトコルについて述べる。プロトコルは、キラル構成に限定されない、様々 なプラズモニック アーキテクチャの製作のため簡単に合わせることができます。
DNA 折り紙構造物の固有のアドレッシング機能により複雑なプラズモニック ナノ構造に金属ナノ粒子の配列のための理想的なテンプレートになります。DNA 折り紙テンプレート アセンブリの高い空間的な精度は個々 の粒子のプラズモン共鳴間の結合を制御することができ、構築されたナノ構造の光学特性を調整できます。キラル プラズモニック システムは、プラズモニック アセンブリの空間構成とその光学応答 (例えば、円二色性 [CD]) の相関により注目を集めてください。このプロトコルでは DNA 折り紙ベースのキラル アセンブリ (AuNRs) 金ナノロッドの生成のワークフロー全体をについて説明します。プロトコルには、設計原則と DNA 折り紙テンプレートの作製、AuNRs の合成と折り紙 AuNR 構造物の組立実験プロシージャの詳細な説明が含まれています。また、透過型電子顕微鏡 (TEM) と CD スペクトルを用いた構造物の特性が含まれます。記述されていたプロトコル キラル構成に限定されていないとさまざまなプラズモニック アーキテクチャの建設のため適応することができます。
DNA ナノ構造、DNA 折り紙特に、広く使用されている分子および他のナノスケールのコンポーネント (蛋白質・ ナノ粒子 [NPs] など) を配置するナノメートル精度でほぼ任意形状1,2に,3,4,5. 高収率と精度 DNA 折り紙テンプレート上の金属の NPs を手配する力により、新規光学特性6,7,8,とプラズモニック構造の作製9,10. DNA の折り紙の技術は本当に三次元アーキテクチャ11,12,13,を必要とするキラル プラズモニック構造体の生成に特に役立ちます14,15,16,17,18,19,20。
このプロトコルは、AuNRs の DNA 折り紙テンプレート キラル アセンブリの製造の全体のプロセスを詳しく説明します。ソフトウェア デザイン21を使用し、DNA 折り紙の構造予測22,23直感的で自由に利用できます。折り紙作製と AuNR の合成は、一般的な生化学実験装置 (例えば、thermocyclers、電気泳動、ホット プレート、遠心分離機) を使用します。標準 TEM および CD 分光法を用いた構造が特徴です。
トップダウン方法 (例えば、電子ビーム露光) と似たようなプラズモニック ナノ構造の形成には、比較的複雑で高価な機器が必要となります。さらに、DNA 折り紙テンプレート提供プラズモニック アセンブリ24,25,26,27,28,29 構造の再構成を組み込む可能性 ,30,31,32,33, リソグラフィ技術で作製した構造のため非常に困難であります。他の分子的アプローチの34,の35,36,の37と比較して、DNA 折り紙ベース作製は、空間的な精度とプログラマビリティの高レベルを提供します。
1. DNA 折り紙の設計
2. DNA 折り紙テンプレートのアセンブリ
3. DNA 折り紙浄化
注: このセクションでは、agarose のゲルの浄化のためのプロトコルについて説明します。DNA 折り紙テンプレートは、代替的なアプローチ38,39を使用しても浄化することができます。
4. 金ナノロッドの合成
注: AuNR 合成のためのプロトコルは、変更を加える前の文学40から適応されます。
5. 一本鎖 DNA と金ナノロッドの機能化
注: 以前の文学42から適応いわゆる低 pH ルート一本鎖 DNA (ssDNA) と AuNR を高機能化プロトコルを説明します。DNA で覆われて AuNRs の精製遠心分離; しています。また、浄化は agarose のゲルの電気泳動を使用して実行できます。
6. DNA 折り紙テンプレート金ナノロッドのアセンブリ
7. 透過電子顕微鏡イメージング
注: プロトコルを汚すこのウラニル ギ酸 (UFo) は、以前の文学44から適応。
8. 円二色性測定
DNA 折り紙テンプレート、AuNRs、および最終的な折り紙 AuNR アセンブリの TEM 像は図 4図 5図 6Aにそれぞれ表示されます。嗜好のバインディングは TEM グリッドに、ため折り紙 AuNR アセンブリは通常平行折り紙の束と棒 (図 6A) として見られます。熱処理は、折り紙テンプレート (図 6A, B) に AuNRs の正しい配置に必要です。このプロトコルは、強力なプラズモニック CD 応答 (図 7) と光学活性 metamolecules に AuNRs のアセンブリの高収率をできます。
| 温度 (° C) | 時間 |
| 80 | 15 分 |
| 79-71 | 1 ° C/1 分 |
| 70-66 | 1 ° C/5 分 |
| 65-60 | 1 ° C/30 分 |
| 59-37 | 1 ° C/60 分 |
| 36-30 | 1 ° C/15 分 |
| 29-20 | 1 ° C/5 分 |
| 20 | ホールド |
表 1: 温度と DNA 折り紙テンプレートのアニーリング率。
| 温度 (° C) | 時間 (分) |
| 40 | 130 |
| 36 | 180 |
| 32 | 180 |
| 22 | ホールド |
表 2: 温度、保持時間 AuNRs と DNA 折り紙テンプレートの焼鈍。ステップの間冷却速度は 0.1 ° C/分に設定されます。DNA 折り紙 AuNR サンプルは、400 rpm で揺れながらアニールされます。

図 1: DNA 折り紙テンプレート光学活性 metamolecules のデザインです。(A) 金ナノロッド (AuNRs) の目的の相対的な空間配置と DNA 折り紙テンプレートの適切な形を識別します。(B) (DAuNR、 LAuNR) AuNRs と折り紙テンプレート (W折り紙, L折り紙, Θ) の構造パラメーターを推定します。さらに変更が必要なステープルのおおよその位置を検索します。(C) caDNAno を使用して DNA 折り紙テンプレートのデザイン。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 折り紙の agarose のゲルの電気泳動。(A) 1% アガロース ゲル電気泳動法 (B) 評価対 80 で 2 時間対 80 で 4 時間 2% アガロースゲル電気泳動と浄化この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: 折り紙 AuNRs の agarose のゲルの電気泳動浄化します。ゲル (0.7%)(20:1、5:1) 比が異なる DNA AuNR に折り紙とアニーリングの有無 (DNA-AuNRs-折り紙比 10:1) サンプル アセンブリ手順に従ってサンプル準備の 80 V で 3.5 時間実行されました。バンド 1、2、および 3 に試料の TEM 像、図 6を参照してください。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: DNA 折り紙テンプレートの代表 TEM 像。折り紙構造は 2 つ 14 螺旋形束 (80 nm x 16 nm x 8 nm) 足場鎖で結ばから成っています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 5: AuNRs の代表の TEM 像。合成 AuNRs の平均寸法は 70 × 30 nm。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 6: 折り紙 AuNR アセンブリの TEM 画像。(A) AuNR ダイマー (図 3のバンド 1) をアニール後の折り紙。(B) AuNR ダイマー焼鈍 (帯なし 2図3) 折り紙。(C) 折り紙 AuNR 集計 (図 3の 3 バンド)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 7: 折り紙 AuNR アセンブリの CD スペクトル。閉じた構造物 (右利きの構成では、2 つの折り紙バンドルの間の 50 ° に固定ロック ストランドで折り紙テンプレート) の CD スペクトルとオープンな構造 (ロック鎖なし折り紙テンプレート)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
プロトコルは、設計や組立、浄化、AuNRs の DNA 折り紙ベース光学アセンブリの特性の全体のワークフローを紹介します。プロトコルで使用される DNA 折り紙テンプレートは特に刺激応答性アセンブリの作製に適しています。さまざまな種類の応答の functionalizes と折り紙テンプレート (図 1B)24,25,26,31のカイラル状態を定義するロック鎖に組み込むことができます。静的アセンブリは、単純なブロック状のテンプレートは、しばしば十分な14,45,46,47です。
プラズモニック ナノ構造の作製に DNA 折り紙ベースのアプローチは、DNA 折り紙テクニック48の制限を継承します。折り紙テンプレートのサイズは通常足場ストランドのサイズによって制限されます。法塩条件下で DNA の構造の安定性が減少します。合成ステープルのコストは、依然としてかなり高い鎖します。しかし、構造 DNA のナノテクノロジーの分野の最近の進歩はこれら制限49,50,51,52,53,54を克服するために予想されます。,55。
AuNRs34,35,36,37のキラル アセンブリを生成するための他の分子ベースのアプローチと比較して、DNA の折り紙は、空間的な精度とプログラマビリティの高レベルを提供します。
キラル アセンブリの信頼性と再現性のある光学応答を達成するため、品質と商用製品の光学特性は、バッチ間変わるかもしれないので AuNR 合成40プロトコルの適応を強くお勧めします。追加焼鈍 (ステップ 6.2) は DNA 折り紙テンプレート (図 6) に AuNRs の正しい添付ファイルを確保するための重要な多くの場合。
最後に、ここで説明されているプロトコルは、キラルのアセンブリに限定ではありません。DNA 折り紙は、複雑なプラズモニック ナノ構造9,10作製のための非常に柔軟なプラットフォームを提供します。
著者が明らかに何もありません。
著者は s. Voutilainen の CD 分光器で彼女の援助をありがちましょう。著者は、設備、OtaNano - Nanomicroscopy センター (アアルト NMC) アアルト大学によるテクニカル サポートの規定をご了承ください。この作品は、フィンランド アカデミー (グラント 308992) によって支えられた、欧州連合のホライゾン 2020年研究と技術革新プログラム マリー ・ スクウォドフスカ = キュリーの下で許諾契約号 71364。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2,6-ジヒドロキシ安息香酸 | Sigma-Aldrich | D109606-25 | 98+% |
| AgNO3 | Alfa Aesar | AA1141414 | 99.90% |
| Blue light transilluminator | 日本ジェネティクス | FG-06 | FastGene LEDトランスイルミネーター |
| ブロモフェノールブルー | アクロス 有機403160050 | アガロロースゲル用 ローディングバッファー | |
| 遠心フィルターユニット | メルクミリポア | 42600 | アガロースからのDNA抽出 |
| チラスキャンCD分光計 | 応用光物理 | ||
| キュベット | ヘルマ | 105-202-85-40 | クォーツ SUPRASIL |
| DNAローバインドチューブ | エッペンドルフ | 30108051 | |
| エッペンドルフ バイオスペクトロメーター | エッペンドルフ | 6135000904 | |
| Eppendorf ThermoMixer C | Eppendorf | 5382000015 | |
| Ficoll 400 | Thermo Fisher Scientific | BP525-10 | ポリスクロース 400 (アガロロースゲル用 ローディングバッファー) |
| ゲル電気泳動セット | サーモフィッシャーサイエンティフィ | ||
| ゲルイメージャー | バイオ・ラッド | ゲルドック XR+ システム | |
| HAuCl4•3H2O | Alfa Aesar | AA3640006 | 99.99% |
| HCl | シャルラウ | AC07441000 | 1M |
| 臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム (CTAB) | Sigma-Aldrich | H9151-100 | BioXtra, 98+% |
| L(+)-アスコルビン酸 | Acros Organics 401471000 | 99+% | |
| M13p7560 足場ストランド | Tilibit ナノシステム | ||
| MgCl2•6H2O | Sigma-Aldrich | M2670-500 | BioXtra, 99+% |
| NaBH4 | Acros Organics | 200050250 | 99% |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653-500 | BioXtra, 99.5+% |
| NaOH | Sigma-Aldrich | S8045-500 | BioXtra, 98+% |
| Parafilm | Sigma-Aldrich | P7668-1EA | PARAFILM M |
| PBS バッファー (10X) | Thermo Fisher Scientific | BP3991 | Molecular Biology |
| ProFlex PCR System | Thermo Fisher Scientific | 4484073 | |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | 74255-250 | 99+% |
| Staple strands | Thermo Fisher Scientific | ||
| Sybr Safe | Invitrogen | S33102 | For DNA stain |
| TBE buffer (10X) | Invitrogen | 15581-044 | Molecular Biology |
| TE buffer (10X) | Thermo Fisher Scientific | BP24771 | Molecular Biology |
| TEM | FEI | FEI Tecnai F12 | |
| Thiol-functionalized ssDNA | |||
| トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩 (TCEP-HCl) | Thermo Fisher Scientific | PI20491 | |
| UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500-100 | |
| 超純水(タイプ1) | Milli-Q Direct 8系統 | ||
| ギ酸ウラニル | テブバイオ | 24762-1 | |
| 白色光トランスイルミネーター | UVP | TW-26 |