Name: DNA 折り紙テンプレートを用いたカイラル プラズモニック Metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-05T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: 学ぶ DNA折り紙テンプレートを用いた金ナノロッドのカイラルプラズモニックメタモレキュールへの組み立て方法。TEMとUV可視分光法による構造解析と強いキラル光学応答の実現手法を解説します。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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。

1. DNA 折り紙の設計
<ol><li>AuNRs の目的の相対的な空間配置と DNA 折り紙テンプレート (図 1A) の最適形状を識別します。AuNRs と折り紙テンプレートの構造パラメーターを推定します。さらに修正 (図 1B) を必要なステープルのおおよその位置を検索します。</li>
	<li>ダウンロードし、インストール caDNAno18 DNA 折り紙テンプレートをデザインします。CaDNAno でテンプレートを任意の形状によると足場と主食の鎖、 Seq ツールをクリックして短鎖シーケンスを生成します。ペイント ツールをクリックし、さらに変更 (図 1C) を必要とする短鎖をマークします。</li>
	<li>定番の DNA シーケンス (図 1C) を .csv ファイルにエクスポートするのにはエクスポート ツールをクリックします。</li>
	<li>2 つの折り紙バンドルの間、角度Θを修正する二本鎖ロックを設計します。2 つのバンドルの相対的な回転方向に応じて折り紙構造は、左- または -右利き (LH ・ RH) キラル空間構成 (図 1B) を調整できます。</li>
	<li>ステープルの .csv ファイルをスプレッドシート アプリケーションにインポートします。AuNR アセンブリ (ハンドル) に使用されるステープルの終わりにポリア10シーケンスを追加します。ロック シーケンスを持つ設計されていたロック サイトで定番のストランドを変更します。 注: 代表的な結果のアセンブリに含まれてハンドル短鎖の 3' 末端を突き出し、2 つの均等に分散、各の DNA 折り紙バンドルで 18 平行ヘリックスすべて 21 36 nt。最初と最後のハンドル位置の間の距離は 168 nt、約 57 nm (添付されている caDNAno ファイルを参照してください)。</li>
</ol>2. DNA 折り紙テンプレートのアセンブリ
<ol><li>濃度正規化定番オリゴヌクレオチド (例, 100 μ M) の同量を混合することによって、ハンドルやロック、ストランドを含むステープル繊維 (SM) の作業在庫を準備します。 注: 折り紙構造物通常主食ストランドの数百を含みます。ステープルは通常 (例えば、96 ウェル) 汚損で DNA のオリゴヌクレオチドの合成に特化したベンダーから購入したプレート。</li>
	<li>500 μ L の 10 nM の折り紙のミックス トリス-EDTA (TE, 10 x)、MgCl2 (100 mM) の 100 μ L、塩化ナトリウム (100 mM)、H2O、100 μ L の SM の 175 μ L を 25 μ l 添加の 50 μ L (0.5 μ M)、ロックの繊維 (5 μ M) の 5 μ L、、50 μ L の足場 (100 nM)。</li>
	<li>表 1に示すように 80 ° C から 20 ° C のたちの混合物をアニールします。</li>
</ol>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。
<ol><li>1% ゲルの Tris ホウ酸 EDTA の 100 mL の寒天 1 g を溶解 (TBE、0.5 x) 電子レンジで混合物を熱することによって。DNA 染色染色仕様に従って 10,000 x の 10 μ L を追加します。抽出手順 (手順 3.6) の紫外線への露出を最小限に抑える、青色励起下で視覚化することができます DNA 染色を使用します。</li>
	<li>およそ 40 ° C にソリューションを冷却し、ゆっくりと振りながら MgCl2 (1.3 M) の 1 つの mL を追加します。ゲルをキャストし、室温で 30 分間インキュベートします。</li>
	<li>電気泳動装置を設定し、風邪 (4 ° C) 連続したバッファーを注ぐ (0.5 11 mm MgCl2x TBE) ゲルのボックスに。氷の水のお風呂にジェル ボックスを配置します。</li>
	<li>(6 x 読み込みバッファーを含む 15% polysucrose 400 と 0.25% ブロモフェノールの青水) 折り紙サンプルに読み込みバッファーを追加します。櫛の使用 (例, 50 μ L 厚さ 1.5 mm の 8 も櫛の) に従って適切なボリュームと井戸にサンプルをロードします。</li>
	<li>80 V で 2 h の電気泳動を実行します。 注: 折り紙を特徴付けるして開閉構造を分離するには、代わりに 1% 2% ゲルを使用、4 h 走行時間を延長します。</li>
	<li>ゲル イメージャ (図 2) とゲルをイメージします。青い光 transilluminator を使用して、バンドの視覚化、折り紙バンドをカット、パラフィルムでゲルを粉砕、液体を抽出します。回復量は約 40% です。</li>
	<li>遠心フィルター ユニットに液体をピペットし、スピン 3,000 x gで 5 分間で 260 で折り紙溶液の吸収を測定 (UV VI) の紫外・可視分光装置を用いた nm。1.3 108 M-1·cm-1倍の吸光係数を使用して折り紙の濃度を推定します。 注: 折り紙ソリューション agarose のゲルの浄化後の典型的な濃度は、1-2 nM です。</li>
	<li>後で使用のための 4 ° C で精製された折り紙テンプレートを格納します。</li>
</ol>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。
<ol><li>王水 5 分ですべてのガラス製品を洗浄、水ですすぎ、超純水、超音波、使用する前に乾燥します。</li>
	<li>準備の 0.2 M 臭化ヘキサデシルトリメチル アンモニウム (CTAB) 1 mM HAuCl4アグノ3、4 mM 64 mM L (+)-アスコルビン酸と 6 mM NaBH4。NaBH4を溶解し、4 ° C で、冷蔵庫で保管使用して冷たい水 (4 ° C)アスコルビン酸は、新たに作成されます。 注意: CTAB は吸入、摂取、アイコン タクト (刺激性) (刺激性) 皮膚に接触した場合危険です。適切な防護服を着用します。換気が不十分の場合に、防毒装備を着用します。NaBH4は (刺激性) 皮膚への接触やアイコン タクト (刺激)、摂取、吸入の場合非常に危険です。スプラッシュ ゴーグル、実験用の上着や手袋、水蒸気や塵マスクを着用します。必ず承認認定人工呼吸器または同等品を使用してください。</li>
	<li>Au の種子を準備します。<ol>
<li>ガラスの瓶に CTAB (0.2 M)、250 μ L の純水と HAuCl4 (1 mM) の 250 μ L の 500 μ L を追加します。450 rpm 5 分間室温で攪拌します。</li>
		<li>1,200 rpm 撹拌速度を増加します。冷たい NaBH4ソリューション (6 mM、4 ° C) の 100 μ L を追加します。2 分後、攪拌を停止し、使用前に 30 分の 30 ° c の水浴のソリューションを孵化させなさい。</li>
	</ol>
</li>
	<li>AuNRs を準備します。<ol>
<li>丸底フラスコで 0.55 g CTAB と暖かい水 (60-65 ° C) の 15 mL の 2, 6-ジヒドロキシ安息香酸 0.037 g を溶解します。クールダウン 30 ° C への解決策をアグノ3 (4 mM)、600 μ L を追加し、2 分間 450 rpm でかき混ぜます。その後、操作を行わないでソリューション 15 分 30 ° C で</li>
		<li>ソリューションに HAuCl4 (1 mM) の 15 の mL を追加し、15 分追加 120 μ L (+) の 450 rpm でかき混ぜる-アスコルビン酸 (64 mM) と、すぐに、Au の種の 30 s. 追加 12 μ L の 1,200 rpm で攪拌し、30 での 1,200 rpm で攪拌し続ける s。</li>
		<li>18 h の 30 ° c の水浴のソリューションを孵化させなさい。ソリューションの邪魔がなく、フラスコを閉じるにキャップを使用します。</li>
		<li>遠沈管と 20 ° C で 12 分 9,500 × gで遠心分離に得られた溶液を移します。上澄みを廃棄、純水、20 mL にペレットを分散し、一歩遠心分離を行います。</li>
		<li>3 mL の蒸留水で最終的なペレットを分散させます。縦方向のプラズモン共鳴の消散係数を用いた紫外可視吸収測定から AuNRs の濃度を推定します。消散係数は、AuNR 形状パラメーター41を使用して予測できます。それ以上の使用のための 4 ° C で AuNRs を格納します。</li>
	</ol>
</li>
</ol>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。
<ol><li>作りたての 20 μ L で 20 μ L の polyT のチオール修飾 dna (1 mM) を孵化させなさい tris(2-carboxyethyl) ホスフィン塩酸塩 (TCEP、14 mM) ジスルフィド結合を減らすために 1 時間。 注: チオール グループ フォーム社債 AuNRs と polyT シーケンスが多すぎるか少なすぎるの塩基対が、故障や不安定なアセンブリに導くかもしれない、折り紙のポリア10ハンドルと交配させます。 注意: TCEP に重度の皮膚熱傷や目の損傷を引き起こす可能性が。保護手袋/保護服/眼保護面、保護を着用します。</li>
	<li>AuNRs のミックス 150 μ L (10 nM) と TCEP 扱われるチオール DNA (0.5 mM) を 40 μ l 添加します。1% ドデシル硫酸ナトリウム (SDS) を最終的な SDS 濃度 0.05% に到達する AuNR ソリューションに追加します。塩酸 (1 M) ~ 1 μ L で 2.5-3 に pH を調整します。</li>
	<li>70 rpm で揺れながら 2 時間インキュベートします。 注: AuNR-DNA 比 1:5, 000-15,000、ロッドの大きさによって順序でする必要があります。AuNRs の (70 nm x 30 nm)、チオール DNA のセクション 4、過剰な 13,000 で説明されたプロトコルは推奨次の準備します。</li>
	<li>塩化ナトリウム 0.5 M の最終的な塩化ナトリウム concertation に到達し、70 rpm で震えながら部屋の温度で 4 時間インキュベートを追加します。 注: この手順で色の変更は可能性があります失敗した DNA の機能化を示します。</li>
	<li>TBE バッファー (10 倍) と ~8.5 するために pH を調整し、一晩インキュベートします。</li>
	<li>DNA AuNRs 4 を洗う洗浄液の 1 ml サンプルを混合することによって x (0.5 0.1 %sds の x TBE)、および 30 分の上澄みを除去し、残りの液体 (~ 40 μ L) で DNA AuNRs を再懸濁します 7,000 × gで遠心。4.4.5 の手順で説明するよう、紫外可視吸収測定による DNA AuNRs の濃度を推定します。 注: ソリューションは CTAB 交換によるチオール DNA によって、AuNRs の表面から、5.3 5.4 ステップで少し '曇り' になるかもしれない。ソリューションは 5 分 ~ 35 ° C までの温暖化はオフになります。</li>
</ol>6. DNA 折り紙テンプレート金ナノロッドのアセンブリ
<ol><li>MgCl2を 10 mM の最終濃度に精製 DNA-AuNRs のソリューションに追加します。精製 DNA AuNRs、10:1 の比率に折り紙を混ぜます。 注: より低い比率は製品収量43を減らすかもしれない。</li>
	<li>表 2の手順に従って 400 rpm で揺れながら 40 ° C から 20 ° C までの温度制御とミキサーで混合物をアニールします。 注: CD 特性のサンプルはこの後さらに精製することがなく測定できます。</li>
	<li>0.7% アガロースゲル電気泳動 (80 V で 3.5 h) を使用して、最終的な折り紙 AuNR 構造体を浄化します。</li>
	<li>画像の白い光 transilluminator を使用します。製品バンド (折り紙 AuNR ダイマー) をカット (図 3)、パラフィルムでゲルを粉砕し、液体を抽出します。ピペット遠心ろ過ユニットとスピンで 3,000 x gで 5 分間に液体では、ソリューションの折り紙 AuNRs 再懸濁します。ゲルから回復利回りは約 50% です。</li>
	<li>4.4.5 の手順で説明するよう紫外可視吸収測定から折り紙 AuNR 構造の濃度を推定します。</li>
</ol>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。
<ol><li>UFo 溶液 (0.75%) のミックス 200 μ L水酸化ナトリウム (5 M) と 2-3 分のためにすぐに渦の 1 μ L 遠心 14,000 x gで 3-4 分間染色ソリューション。(例えば、アルミ箔に包んで) によって光を浴びるから汚れを保護します。 注意: UFo は有毒吸入または飲み込んだし、眼への刺激を引き起こすことができます。簡単な露出や低公害の場合呼吸フィルター デバイスを使用します。集中的なまたは長い露出の場合自己完結型呼吸保護装置を使用します。手袋を着用します。手袋の素材は、不浸透性と UFo とそのソリューションに耐性をなければなりません。密閉ゴーグルを着用します。</li>
	<li>グロー放電 6 の TEM グリッドを炭素/ホルムバール コーティングは親水性を高め、構造物の付着を促進するために使用前に、の s。ピペットの TEM グリッド 5 μ L サンプル滴、5-8 分間インキュベートし、グリッドの端にフィルター ペーパーに軽くさわりでドロップを削除します。</li>
	<li>ピペットの大きい (~ 20 μ L) ・小 (〜 10 μ L) ドロップ、パラフィルム上汚れのソリューションの 1 つです。小さな汚れソリューション ドロップにグリッドを置いて、グリッドの端にフィルター ペーパーに触れることによってすぐに乾燥します。その後、大きな染色ソリューション ドロップ 30 の上に置く s。</li>
	<li>グリッドの端にろ紙を触れることにより、グリッドに液体を削除します。グリッド ホルダーにグリッドを配置します。グリッドに少なくとも 10 分間乾燥するを待ちます。</li>
	<li>折り紙 (図 4)、AuNRs (図 5)、折り紙 AuNRs (図 6) を tem の試料を特徴付けます。</li>
</ol>8. 円二色性測定
<ol><li>CD 分光光度計 20 分間 N2を削除します。 注: CD スペクトロ メーターのほとんどは、N2ランプ点火する前に削除を要求します。CD 分光計のマニュアルを確認してください。</li>
	<li>帯域幅、スキャン範囲、および取得ステップを設定します。 注: スキャンの範囲は、AuNRs のサイズに依存する AuNRs の光学的性質に依存します。</li>
	<li>測定バッファーを空の CD。</li>
	<li>折り紙 AuNR サンプル (図 7) の CD スペクトルを測定します。 注: CD 測定のクォートやガラスのキュベットを使用します。プラスチック キュヴェット、CD 分光法に適しています。また、ほとんどの CD スペクトロ メーターは吸収と CD データの同時取得を可能します。</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

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。

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。

<table><tbody><tr><td>2,6-ジヒドロキシ安息香酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D109606-25</td><td>98+%</td></tr><tr><td>AgNO3</td><td>Alfa Aesar</td><td>AA1141414</td><td>99.90%</td></tr><tr><td>Blue light transilluminator&nbsp;</td><td>日本ジェネティクス</td><td>FG-06</td><td>FastGene LEDトランスイルミネーター</td></tr><tr><td>ブロモフェノールブルー</td><td>アクロス 有機403160050</td><td></td><td>アガロロースゲル用&nbsp; ローディングバッファー</td></tr><tr><td>遠心フィルターユニット</td><td>メルクミリポア</td><td>42600</td><td>アガロースからのDNA抽出</td></tr><tr><td>チラスキャンCD分光計&nbsp;</td><td>応用光物理</td><td></td><td></td></tr><tr><td>キュベット&nbsp;</td><td>ヘルマ&nbsp;</td><td>105-202-85-40</td><td>クォーツ SUPRASIL</td></tr><tr><td>DNAローバインドチューブ</td><td>エッペンドルフ</td><td>30108051</td><td></td></tr><tr><td>エッペンドルフ バイオスペクトロメーター&nbsp;</td><td>エッペンドルフ</td><td>6135000904</td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf ThermoMixer C</td><td>Eppendorf</td><td>5382000015</td><td></td></tr><tr><td>Ficoll 400</td><td>Thermo Fisher Scientific&nbsp;</td><td>BP525-10</td><td>ポリスクロース 400 (アガロロースゲル用&nbsp; ローディングバッファー)</td></tr><tr><td>ゲル電気泳動セット</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィ</td><td></td><td></td></tr>ック <tr><td>ゲルイメージャー</td><td>バイオ・ラッド</td><td></td><td>ゲルドック XR+ システム&nbsp;</td></tr><tr><td>HAuCl4&bull;3H2O</td><td>Alfa Aesar</td><td>AA3640006</td><td>99.99%</td></tr><tr><td>HCl&nbsp;</td><td>シャルラウ</td><td>AC07441000</td><td>1M</td></tr><tr><td>臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム (CTAB)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>H9151-100</td><td>BioXtra, 98+%</td></tr><tr><td>L(+)-アスコルビン酸</td><td>Acros Organics 401471000</td><td></td><td>99+%</td></tr><tr><td>M13p7560 足場ストランド</td><td>Tilibit ナノシステム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MgCl2&bull;6H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>M2670-500</td><td>BioXtra, 99+%</td></tr><tr><td>NaBH4</td><td>Acros Organics</td><td>200050250</td><td>99%</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S7653-500</td><td>BioXtra, 99.5+%</td></tr><tr><td>NaOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>S8045-500</td><td>BioXtra, 98+%</td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P7668-1EA</td><td>PARAFILM M</td></tr><tr><td>PBS バッファー (10X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BP3991</td><td>Molecular Biology</td></tr><tr><td>ProFlex PCR System</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>4484073</td><td></td></tr><tr><td>Sodium dodecyl sulfate (SDS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>74255-250</td><td>99+%</td></tr><tr><td>Staple strands</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sybr Safe</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>S33102</td><td>For DNA stain</td></tr><tr><td>TBE buffer (10X)</td><td>Invitrogen</td><td>15581-044</td><td>Molecular Biology</td></tr><tr><td>TE buffer (10X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BP24771</td><td>Molecular Biology</td></tr><tr><td>TEM</td><td>FEI</td><td></td><td>FEI Tecnai F12</td></tr><tr><td>Thiol-functionalized&nbsp; ssDNA&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td>Biomers.net</tr><tr><td>トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン塩酸塩 (TCEP-HCl)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>PI20491</td><td></td></tr><tr><td>UltraPure Agarose</td><td>Invitrogen&nbsp;</td><td>16500-100</td><td></td></tr><tr><td>超純水(タイプ1)</td><td></td><td></td><td>Milli-Q Direct 8系統</td></tr><tr><td>ギ酸ウラニル</td><td>テブバイオ</td><td>24762-1</td><td></td></tr><tr><td>白色光トランスイルミネーター</td><td>UVP</td><td>TW-26</td><td></td></tr></tbody></table>

dna 折り紙テンプレートを用いたカイラル プラズモニック metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ

Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates

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 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。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>温度 (° C)</td>
			<td>時間</td>
		</tr>
<tr>
<td>80</td>
			<td>15 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>79-71</td>
			<td>1 ° C/1 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-66</td>
			<td>1 ° C/5 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>65-60</td>
			<td>1 ° C/30 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>59-37</td>
			<td>1 ° C/60 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>36-30</td>
			<td>1 ° C/15 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>29-20</td>
			<td>1 ° C/5 分</td>
		</tr>
<tr>
<td>20</td>
			<td>ホールド</td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: 温度と DNA 折り紙テンプレートのアニーリング率。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>温度 (° C)</td>
			<td>時間 (分)</td>
		</tr>
<tr>
<td>40</td>
			<td>130</td>
		</tr>
<tr>
<td>36</td>
			<td>180</td>
		</tr>
<tr>
<td>32</td>
			<td>180</td>
		</tr>
<tr>
<td>22</td>
			<td>ホールド</td>
		</tr>
</tbody></table>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。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig1.jpg"> 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。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig1large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig2.jpg"> 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<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig2large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig3.jpg"> 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。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig3large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig4.jpg"> 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。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig4large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig5.jpg"> 図 5: AuNRs の代表の TEM 像。合成 AuNRs の平均寸法は 70 × 30 nm。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig5large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig6.jpg"> 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)。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig6large.jpg" target="_blank">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</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig7.jpg"> 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)。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig7large.jpg" target="_blank">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</a>。

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 折り紙テンプレートを用いたカイラル プラズモニック Metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ

The inherent addressability of DNA origami structures makes them ideal templates for the arrangement of metal nanoparticles into complex plasmonic ...

この方法は強いカイオプティカル応答を用いる3次元キラルプラズモニックアセンブリの製造を可能にする。このアプローチの主な利点は、自由に入手可能なソフトウェアツールと一般的な生化学ラボ装置を使用して複雑な金属ナノ構造体を製造できることです。この手順を実証するには、大学院生のイケ・ホアンと私の研究室のポスドクであるミン・カ・グエンです。DNA折り紙テンプレートを設計するには、caDNAnoを使用します。テンプレートの目的の形状に従って、ステープル ストランドでスキャフォールドをルーティングします。次に、シーケンスツールをクリックして、ステープルストランドシーケンスを生成します。ペイント ツールをクリックし、さらに変更が必要なステープル ストランドをマークします。[エクスポート]ツールをクリックして、DNAステープルシーケンスをCSVファイルにエクスポートします。次に、CSV ファイルをスプレッドシート アプリケーションにインポートします。金ナノロッドアセンブリのハンドルとして使用するステープルの端にポリアデニン配列を追加します。ロック シーケンスを使用して、設計されたロック サイトのステープル ストランドを変更します。同量の濃度正規化されたステープルオリゴヌクレオチドを混合して、ハンドルとロック付きのストランドを含むステープルストランドの作業ストックを準備します。次に、折り紙の混合物をテキストプロトコルで詳述したように準備します。サーモサイクラーで混合物を80度から20度までアニールします。1%ゲルの場合、電子レンジで混合物を加熱することによってTBEの100ミリリットルにアガロースの1グラムを溶解します。10,000X DNA染色の10マイクロリットルを染色仕様に従って添加します。抽出工程でのUV光への暴露を最小限に抑えるために、青色の励起の下で視覚化できるDNA染色を使用する。ゲルをキャストし、室温で30分間インキュベートします。その後、ゲルボックスを氷水浴に入れます。折り紙のサンプルに負荷バッファーを追加し、使用するコーンに応じて適切なボリュームでウェルにサンプルをロードします。80ボルトで2時間電気泳動を実行します。ゲルイメージャーでゲルをイメージします。青色光の半透明化器を使用してバンドを可視化し、折り紙バンドをカットします。その後、パラフィルム上のゲルを粉砕し、液体を抽出します。回収収率は約40%ピペットで遠心フィルターユニットに液体を入れ、5分間Gの3,000倍で回転します。UV可視分光計で260ナノメートルの折り紙溶液の吸収を測定します。金ナノロッドを調製するには、丸底フラスコに15ミリリットルの温水で0.55グラムのCTABと0.037グラムの2、6-ジヒドロキシ安息香酸を溶解します。溶液を摂氏30度に冷却した後、硝酸4ミリモルの600マイクロリットルを加え、450 RPMで2分間かき混ぜます。30°Cで15分間、溶液を乱さずに放置します。次に、1ミリモルの水素テトラクロロウレート15ミリリットルを溶液に加え、450 RPMで15分間攪拌します。また、120マイクロリットルの64ミリモルLアスコルビン酸を加え、すぐに1,200RPMで30秒間かき混ぜます。さて、12マイクロリットルの金の種子を加え、1,200 RPMで30秒間かき混ぜ続けます。水浴中に18時間摂氏30度で溶液をインキュベートします。溶液を乱さないで、キャップを使ってフラスコを閉めてください。得られた溶液を摂氏20度で12分間9、500倍Gで遠心管と遠心分離機に移します。上清を捨て、ペレットを20ミリリットルの超純水に分散させます。もう1回遠心分離工程を行い、最後のペレットを蒸留水の3ミリリットルに分散させます。縦プラズモン共鳴の絶滅係数を用いて、UV可視吸収測定から金ナノロッドの濃度を推定します。10ナノモルゴールドナノロッドの150マイクロリットルと0.5ミリモルTCEP処理チオールDNAの40マイクロリットルを混合します。最終的なSDS濃度0.05%に達するまで、1%SDSを金ナノロッド溶液に加えます。PHを2.5~3の間に、約1マイクロリットルの1モルHCLで調整します。70 RPMで振りながら2時間インキュベートする。塩化ナトリウムを加えて、0.5モルの最終塩化ナトリウム濃度に達し、70RPMで振りながら室温で4時間インキュベートします。次に、PHを約8.5に調整し、10X TBEバッファーで夜間にインキュベートします。DNAゴールドナノロッドを洗浄バッファーの1ミリリットルと遠心分離機を7,000倍Gで30分間混合して4回洗浄します。上清を取り除き、残りの液体中のDNA金ナノロッドを再懸濁する。UV可視吸収測定からDNA金ナノロッドの濃度を以前と同様に推定します。精製されたDNA金ナノロッドの溶液に塩化マグネシウムを10ミリモルの最終濃度に加えます。精製したDNAの金ナノロッドと折り紙を10~1の比率に混ぜ、400RPMで振りながら摂氏40度から摂氏20度の温度制御を備えたミキサーで混合物を得る。0.7%アガロースゲル電気泳動を使用して、最終的な折り紙金ナノロッド構造を精製します。TEMイメージングの場合、0.75%ウラニル定溶液の200マイクロリットルと5モル水酸化ナトリウム1マイクロリットルを混合します。すぐに2〜3分間渦。その後、14,000倍のG.で3~4分間の汚れ溶液を遠心分離し、アルミニウム箔で包んで光露光から汚れを保護します。テキストプロトコルに記載されているようにTEMグリッドの水和物性を増加した後、ピペット5マイクロリットルのサンプルがTEMグリッド上にドロップする。5~8分のインキュベーションの後、グリッドの端にあるフィルターペーパーにそっと触れてドロップを取り除きます。さて、ピペットはパラフィルムの一部に1つの大きな滴と汚れ溶液の1つの小さな滴。小さな汚れ溶液のドロップにグリッドを置き、グリッドの端にフィルターペーパーを触れることによってすぐに乾燥します。その後、30秒間大きな汚れ溶液ドロップに置きます。ここに示されているのは、DNA折り紙テンプレートのTEM画像です。折り紙構造は、足場ストランドによって結合された2つの14のらせん束で構成されています。ここで、金ナノロッドの代表的なTEM画像が示されている。合成された金ナノロッドの平均寸法は70×30ナノメートルです。この画像は、焼鈍後の折り紙上の金ナノロッドダイマーを示しています。TEMグリッドへの結合性の好みにより、折り紙金ナノロッドアセンブリは通常、平行折り紙束とロッドとして見られています。このプロトコルは、強いプラズモニック円形二色性応答を有するキラルメタ分子への金ナノロッドの組み立ての高い収率を可能にする。ここに示されているのは、閉じた構造と開いた構造のスペクトルです。その開発後、この技術は、研究者が複雑な自己集合型金属ナノ構造体のプラズモニック光学特性を探求する道を開いた。テキストプロトコルに記載されているように、いくつかの有害化学物質がこの方法で使用されます。材料の安全データシートを注意深く確認し、必要な予防措置を講じてください。

assembly-gold-nanorods-into-chiral-plasmonic-metamolecules-using-dna

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

DNA折り紙は、DNA分子の自己集合をプログラムすることにより、正確なナノスケール物体を製造するための強力な方法である。ここでは、DNA折り紙、その後、所望の効果に中継生物手がかりを感知し、シフト形状によって対応できるロボットのロボットを設計するために利用することができる方法について説明します。...

DNA折り紙からバイオ応答ロボットの設計

制御された寸法を持つソリューション·懸濁金ナノチューブは疎水性ポリマーのコアを用いた多孔質陽極酸化アルミニウム（AAO）膜の電気化学的蒸着法により合成することができる。ゴールドナノチューブおよびナノチューブアレイはプラズモンバイオセンシング、表面増強ラマン分光法、光熱加熱、イオンと分子輸送、マイクロフルイディクス、触媒、電気化学センシングへの応用に有望である。...

テンプレートには、調整可能な赤外線吸光度モニック金ナノチューブの合成を監督

DNAオリガミは、DNA分子の自己組織化をプログラムすることにより、精密なナノスケールの物体を製造するための強力な方法です。ここでは、DNAオリガミからの生体応答型ロボットのフォールディング、その精製、および透過型電子顕微鏡イメージング(TEM)のためのネガティブ染色のプロトコルについて説明します。...

DNA折り紙からバイオ応答ロボットの折りたたみとキャラクタリゼーション

DNAタイリングは、プログラム可能なナノ構造を作成するための効果的なアプローチです。本稿では、一本鎖DNAタイルの自己組織化により複雑な二次元形状を構築するプロトコールについて述べる。...

一本鎖DNAタイルから複雑な2次元形状の自己集合

設計、シミュレーション、ぬれた実験室実験および 6 によって 6 メッシュの再構成可能な DNA アコーディオン...

再構成可能な DNA アコーディオン ラックの設計と合成

本稿では T4 結紮およびアニール小さな環状 dna の変性のページ浄化のための詳しいプロトコルとゲルの円形タイル、組立およびアガロースと同様、1 D および 2 D の DNA ナノ構造の原子間力顕微鏡イメージングのネイティブのページの分析有限の DNA...

ナノ構造構築小さな環状 DNA 分子から安定した DNA モチーフ、1 D および 2 D

ここでは、DNA 折り紙系ナノ構造天然カチオン性多糖類のキトサンと合成線形ポリエチレンイミン (LPEI) コーティングを使用して Mg 枯渇やヌクレアーゼ リッチ ・...

遺伝子療法ポリカチオン コーティングに影響を与えた DNA 折り紙ナノ構造体の保護

ここでは、DNA折り紙形状を誘導テンプレートとして用いて基質上に離散的で正確な無機ナノ構造を作成するプロトコルについて述べた。この方法は、透明基板(サファイア)上にプラズモニックゴールド弓形アンテナを作成することによって実証されています。...

センシング用途のための無機構造のDNA折り紙媒介基板ナノパターニング

このプロトコルは、DNAオリガミナノアンテナ(DONA)と共局在原子間力顕微鏡(AFM)およびラマン測定を組み合わせた単一分子表面増強ラマン散乱(SERS)測定を実証します。...

プラズモニックDNAオリガミナノアンテナによる1分子表面増強ラマン散乱測定

我々は、2次元（2D）前駆体から、パターン化と再構成可能な粒子の合成の実験の詳細を説明します。この方法論は、ミクロからセンチメートルスケールに至る長さスケールで多面体と把持装置を含む、様々な形状の粒子を作成するために使用できます。...

折り紙インスパイアパターン化され、再構成可能な粒子の自己組織化

学ぶ DNA折り紙テンプレートを用いた金ナノロッドのカイラルプラズモニックメタモレキュールへの組み立て方法。TEMとUV可視分光法による構造解析と強いキラル光学応答の実現手法を解説します。

DNA 折り紙テンプレートを用いたカイラルプラズモニック Metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ

さらに動画を探す

DNA 折り紙テンプレートを用いたカイラル プラズモニック Metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ

さらに動画を探す

DNA 折り紙テンプレートを用いたカイラルプラズモニック Metamolecules に金ナノロッドのアセンブリ