Name: DNA 종이 접기 서식 파일을 사용 하 여 키 랄 Plasmonic Metamolecules로 금 Nanorods의 조립 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-05T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: 배우세요 DNA 오리가미를 활용하여 금 나노로드를 키랄 플라즈모닉 메타분자로 조립하는 방법입니다. 이 기술은 강력한 키로프티컬 응답을 가진 3차원 나노구조를 제작하여 센싱 및 이미징 연구에 활용됩니다.

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저자는 CD 분석기와 그녀의 지원에 대 한 S. Voutilainen 감사합니다. 저자는 시설 및 OtaNano-Nanomicroscopy 센터 (Aalto-NMC)에서 Aalto 대학 기술 지원의 제공을 인정합니다. 이 작품 (그랜트 308992) 핀란드의 아카데미에 의해 지원 되었다 그리고 유럽 연합의 지평선 2020 연구와 혁신 프로그램 Marie Skłodowska-퀴리 아래 계약 번호 71364 부여.

1입니다. 디자인의 DNA 종이 접기
<ol><li>AuNRs의 원하는 상대 공간 배열 및 DNA 종이 접기 템플릿 (그림 1A)의 적당 한 모양을 식별 합니다. 종이 접기 템플릿과 AuNRs의 구조 매개 변수를 견적 한다. 추가 수정 (그림 1B)를 필요로 하는 먹을거리의 대략적인 위치를 찾습니다.</li>
	<li>다운로드 및 설치 caDNAno18 DNA 종이 접기 템플릿 디자인. CaDNAno에서 서식 파일의 원하는 모양에 따라 비 계 및 스테이플 가닥 하 고 Seq 도구를 클릭 하 여 주식 가닥 시퀀스를 생성 합니다. 페인트 도구 를 클릭 하 고 수정 (그림 1C)를 추가 해야 하는 주식 가닥을 표시 합니다.</li>
	<li>DNA 주식 순서 (그림 1C).csv 파일로 내보내려면 내보내기 도구 를 클릭 합니다.</li>
	<li>두 종이 접기 번들 사이 각 Θ 를 해결 하기 위해 더블-좌초 자물쇠 디자인. 두 개의 번들의 상대적 방향에 따라 종이 접기 구성 왼쪽-또는 오른 (LH/RH) 랄 공간 구성 (그림 1B)를 적응할 수 있습니다.</li>
	<li>스프레드시트 응용 프로그램으로 스테이플.csv 파일을 가져옵니다. PolyA10 시퀀스 스테이플 AuNR 어셈블리 (핸들)에 대 한 사용의 끝에 추가 합니다. 잠금 시퀀스 설계 된 잠금 위치에 스테이플 가닥을 수정 합니다. 참고: 대표 결과에 어셈블리 포함 36 주식 가닥의 3' 끝에 튀어나온 손잡이, 동등 하 게 두 개의 배포 각 DNA 종이 접기 번들에 18 병렬 나선 모든 21 nt. 첫 번째 및 마지막 핸들 위치 사이의 거리는 168 nt, 약 57 nm (caDNAno 첨부 파일 참조).</li>
</ol>2입니다. DNA 종이 접기 서식 파일 어셈블리
<ol><li>작업 재고 주식 가닥 (SM), 핸들 및 잠금, 물가 포함 하 여 동일한 양의 주식 oligonucleotides 농도 정규화 (예:, 100 µ M)를 혼합 하 여 준비 합니다. 참고: 종이 접기 구조는 보통 주식 물가의 몇몇 수백을 포함합니다. 스테이플은 일반적으로 (예를 들어, 96-잘) multiwell DNA oligonucleotides의 화학 합성에서 전문 공급 업체에서 구입한 접시.</li>
	<li>10 nM 종이 접기의 500 µ L, 트리 스-EDTA (테, 10 배), MgCl2 (100 mM) 100 µ L, NaCl (100 m m), H2O, 100 µ L의 SM의 175 µ L의 25 µ L의 50 µ L 섞는다 (0.5 µ M), 잠금 가닥 (5 µ M)의 5 µ L 그리고 50 µ L 비 계 (100 nM).</li>
	<li>표 1에 설명 된 대로 20 ° C에 80 ° C에서 thermocycler에 혼합물을 anneal.</li>
</ol>3. DNA 종이 접기 정화
참고:이 섹션에서는 agarose 젤 정화에 대 한 프로토콜을 설명합니다. DNA 종이 접기 템플릿은 대체 방법을38,39또한 정화 수 있습니다.
<ol><li>1% 젤, 분해 트리 스-borate-EDTA의 100 ml에서 agarose의 1 g (TBE, 0.5 x) 렌지에 혼합물을가 열 하 여. 10000 x DNA 얼룩 얼룩 사양에 따라 10 µ L를 추가 합니다. 추출 단계 (단계 3.6)에 자외선에 노출을 최소화 하기 위해 블루 여기에서 구상 될 수 있다 DNA 얼룩을 사용 합니다.</li>
	<li>약 40 ° C에 대 한 해결책을 냉각 하 고 천천히 흔들어 동안 MgCl2 (1.3 M)의 1 mL을 추가. 젤을 캐스팅 하 고 실 온에서 30 분 동안 품 어.</li>
	<li>전기 장치를 설정 하 고 부 어 감기 (4 ° C) 실행 버퍼 (0.5 11 m m MgCl2와 x TBE) 젤 상자에. 얼음 물 목욕에서 젤 상자를 놓습니다.</li>
	<li>(6 x 로딩 버퍼 포함 15% polysucrose 400 및 0.25 %bromophenol 물에 파란색) 종이 접기 샘플을 로딩 버퍼를 추가 합니다. 빗을 사용 (예:, 50 µ L 두께에서 1.5 m m의 8 잘 빗에 대 한)에 따라 적절 한 볼륨으로 우물에는 샘플을 로드 합니다.</li>
	<li>80 V에 2 시간에 대 한 전기를 실행 합니다. 참고: 종이 접기 특성화 고 열리고 닫힌 구조를 분리, 1 %2% 젤을 사용 하 고 4 h 실행 시간을 연장.</li>
	<li>젤 젤 영상 (그림 2)와 함께 이미지. 블루 빛 transilluminator를 사용 하 여 시각화 하는 밴드, 종이 접기 밴드를 잘라, parafilm에 젤을 버리고 고 액체를 추출. 복구 비중은 약 40%입니다.</li>
	<li>원심 필터 장치에 액체를 플라스틱 및 3000 x g 5 분에서 스핀 측정 260에서 종이 접기 솔루션의 흡수 UV 표시 (UV-VI) 분석기 nm. 종이 접기 108 M-1·cm-1x 1.3의 소멸 계수를 사용 하 여 농도 견적 한다. 참고: 종이 접기 솔루션 agarose 젤 정화 후의 전형적인 농도 1-2 nM.</li>
	<li>나중에 사용할 4 ° C에서 순화 된 종이 접기 서식 파일을 저장 합니다.</li>
</ol>4입니다. 골드 nanorods의 합성
참고: AuNR 합성에 대 한 프로토콜은 사소한 수정 이전 문학40 에서 적응.
<ol><li>5 분을 위한 아쿠아 레 지아와 모든 유리 그릇을 씻어, 물으로 씻어, 초순, 함께 sonicate 그리고 사용 하기 전에 건조.</li>
	<li>준비 0.2 M hexadecyltrimethylammonium 브 로마 이드 (CTAB), 1 mM HAuCl4, 4mm AgNO3, 64 m m L (+)-아 스 코르 빈 산과 6mm NaBH4. 냉 수 (4 ° C)를 사용 하 여 분해 NaBH4 4 ° c.에는 냉장고에 보관을 Ascorbic의 산 성 솔루션 갓 준비 했다. 주의: CTAB (자극성) 피부 접촉, 눈 접촉 (자극), 섭취, 흡입 시 위험입니다. 적절 한 보호복을 착용 하십시오. 부족 한 환기의 경우 적당 한 호흡 장비를 착용 하십시오. NaBH4 가 (자극성) 피부 접촉, 눈 접촉 (자극), 섭취, 흡입 시 매우 위험 합니다. 스플래시 고글, 실험실 외 투, 장갑, 그리고 증기와 먼지 인공 호흡기를 착용 하십시오. 승인/인증 호흡기 또는 해당 사용 해야 합니다.</li>
	<li>Au 씨앗을 준비 합니다.<ol>
<li>유리 제 작은 유리병에 CTAB (0.2 M), 250 µ L의 초순, 고 HAuCl4 (1mm)의 250 µ L의 500 µ L를 추가 합니다. 5 분 동안 실내 온도에 450 rpm에서 저 어.</li>
		<li>교 반 속도 1200 rpm를 증가. 차가운 NaBH4 솔루션 (6 m m, 4 ° C)의 100 µ L를 추가 합니다. 2 분 후에 교 반 중지 하 고 사용 하기 전에 30 분 동안 30 ° C에서 물 욕조에 솔루션을 품 어.</li>
	</ol>
</li>
	<li>AuNRs을 준비 합니다.<ol>
<li>둥근 바닥 플라스 크에 0.55 g CTAB에의 하 고 따뜻한 물 (60-65 ° C)의 15 ml 2, 6-dihydroxybenzoic 산의 0.037 g를 용 해. 30 ° C에 대 한 해결책을 식히십시오 AgNO3 (4mm)의 600 µ L을 추가 하 고 450 rpm 2 분 저 어. 그런 다음, 솔루션을 30 ° c.에서 15 분 동안 그대로 두고</li>
		<li>솔루션, HAuCl4 (1mm)의 15 mL를 추가 하 고 15 분 추가 120 µ L L (+)의 대 한 450 rpm 볶음-아 스 코르 빈 산 (64 m m), 즉시, Au 씨앗의 30 s. 추가 12 µ L에 대 한 1200 rpm에서 저 어 그리고 30 1200 rpm에서 계속 저 어 s.</li>
		<li>18 h 30 ° C에서 물 욕조에 솔루션을 품 어. 안 솔루션을 방해 하 고 모자를 사용 하 여 플라스 크를 닫습니다.</li>
		<li>원심 분리기 튜브, 및 20 ° c.에 12 분 9500 x g 에서 원심 결과 솔루션을 전송 삭제는 상쾌한, 초순 물 20 mL에 펠 릿을 분산 고 원심 분리 단계를 수행 합니다.</li>
		<li>마지막 펠 릿 3 mL의 증류수에 분산. 경도 플라스몬 공명에 대 한 소멸 계수를 사용 하 여 대 한 UV 흡수 측정에서 AuNRs의 농도 견적 한다. 소 광 계수 AuNR 모양 매개 변수41을 사용 하 여 예언 될 수 있다. 추가 사용에 대 한 4 ° C에서 AuNRs를 저장 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 단일 가닥 DNA와 금 nanorods의 기능화
참고:이 섹션에서는 이전 문학42에서 적응 하는 소위 낮은 pH 경로 따라 단일 가닥 dna (ssDNA) AuNR 기능화에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. DNA로 덮여 AuNRs 원심 분리;에 의해 순화 된다 또는, 정화 agarose 젤 전기 이동 법을 사용 하 여 수행할 수 있습니다.
<ol><li>갓의 20 µ L로 thiol 기능성된 polyT DNA 가닥 (1mm)의 20 µ L를 품 어 tris(2-carboxyethyl) 이황화 결합을 줄이기 위해 1 h phosphine 염 (TCEP, 14 m m). 참고: thiol 그룹 형태로 채권 AuNRs, 그리고 polyT 시퀀스에 종이 접기, 너무 많거나 너무 적은 기본적인 쌍 오작동 또는 불안정 한 어셈블리 이어질 수 polyA10 핸들 hybridizes. 주의: TCEP는 심한 피부 화상과 눈 손상을 일으킬 수 있습니다. 보호 장갑/보호 의류/눈 보호/얼굴 보호를 착용 하십시오.</li>
	<li>AuNRs의 믹스 150 µ L (10 nM) 및 TCEP 취급 thiol-DNA (0.5 m m)의 40 µ L. 0.05%의 최종 SDS 농도 도달 AuNR 솔루션 1% 나트륨 라우릴 황산 염 (SDS)를 추가 합니다. 2.5-3 (1m) HCl의 ~ 1 µ L로 pH를 조정 합니다.</li>
	<li>2 h 70 rpm에서 떨고 있는 동안 품 어. 참고: AuNR DNA 비율 1:5, 000-15, 000, 막대의 크기에 따라 순서 대로 해야 합니다. AuNRs에 대 한 (70 nm x 30 nm) 준비 다음 프로토콜 thiol DNA의 4, 13, 000 초과 섹션에 설명 된 것이 좋습니다.</li>
	<li>0.5 M의 최종 NaCl concertation를 도달 하 고 실 온에서 4 h 70 rpm에서 떨고 있는 동안 품 어 NaCl을 추가 합니다. 참고:이 단계에서 색상 변화는 실패 한 DNA 기능화를 나타낼 수 있습니다.</li>
	<li>TBE 버퍼 (10 배)와 ~8.5에 pH를 조정 하 고 밤새 품 어.</li>
	<li>DNA-AuNRs 4 워시 샘플 버퍼 세척의 1 mL와 혼합 하 여 x (0.5 0.1 %SDS x TBE), 그리고 원심 분리기 7000 x g 에서 30 분에는 상쾌한을 제거 하 고 남은 액체 (~ 40 µ L)에서 DNA AuNRs resuspend. 4.4.5 단계에 설명 된 대로 대 한 UV 흡수 측정에서 DNA AuNRs의 농도 견적 한다. 참고: 솔루션 thiol DNA로는 AuNRs의 표면에서 CTAB 교체로 인해 5.3 5.4 단계에서 약간 '흐린' 될 수도 있습니다. 솔루션 5 분 동안 최대 ~ 35 ° C 온난 화 시 분명 될 것입니다.</li>
</ol>6. DNA 종이 접기 템플릿에 골드 nanorods의 조립
<ol><li>MgCl2 순화 된 DNA-AuNRs, 10 m m의 최종 농도를 솔루션에 추가 합니다. 순화 된 DNA AuNRs와 종이 접기를 10:1 비율로 섞는다. 참고: 낮은 비율43의 제품 생산량 줄일 수 있습니다.</li>
	<li>표 2의 절차에 따라 400 rpm에서 떨고 있는 동안 20 ° C에 40 ° C에서 온도 제어와 믹서에서 혼합 anneal. 참고: CD 특성에 대 한 샘플 더 정화 없이이 단계 후에 측정할 수 있습니다.</li>
	<li>0.7 %agarose 젤 전기 이동 법 (3.5 h 80 V)를 사용 하 여 최종 종이 접기-AuNR 구조를 정화.</li>
	<li>흰 빛 transilluminator를 사용 하 여 이미지에 대 한. 제품 밴드 (종이 접기-AuNR 이합체)를 잘라 (그림 3), parafilm에 젤을 버리고, 액체를 추출. 피펫은 원심 필터 단위 및 5 분에 대 한 3000 x g 에서 스핀으로 액체 솔루션에서 종이 접기-AuNRs Resuspend. 젤에서 복구 수율은 약 50%입니다.</li>
	<li>4.4.5 단계에 설명 된 대로 대 한 UV 흡수 측정에서 종이 접기-AuNR 구조체의 농도 견적 한다.</li>
</ol>7. 전송 전자 현미경 이미징
참고:이 uranyl 편대 (UFo) 프로토콜을 얼룩이 지는 이전 문학44에서 적응입니다.
<ol><li>믹스 200 µ L의 UFo 솔루션 (0.75%) 그리고 1 µ L NaOH (5 M)와 2-3 분 위한 즉시 소용돌이의 원심 14000 x g에서 3-4 분 동안 얼룩 솔루션. (예를 들어, 알루미늄 호 일에 포장) 하 여 얼룩을 가벼운 노출에서 보호 합니다. 주의: UFo 독성이 흡입 또는 삼 킨 경우 눈 자극을 일으킬 수 있다. 간단한 노출 또는 낮은 오염, 호흡기 필터 장치를 사용 합니다. 집중 또는 더 긴 노출의 경우 자가 호흡기 보호 장치를 사용 합니다. 장갑을 착용 한다. 장갑 재료는 불 침투성 및 UFo와의 솔루션에 저항력이 있다. 단단히 밀봉된 고글을 착용.</li>
	<li>글로우 방전 6 편 격자 탄소/formvar 코팅 화란 증가 및 구조의 튀어나와 홍보를 사용 하기 전에 단지 s. 플라스틱 편 격자에 5 µ L 샘플 상품, 5-8 분 동안 품 어 고 필터 종이 격자의 가장자리를 부드럽게 만져 드롭을 제거 합니다.</li>
	<li>하나는 parafilm에 얼룩이 솔루션의 드롭 큰 (~ 20 µ L) 및 1 개의 작은 (~ 10 µ L) 플라스틱. 작은 얼룩 솔루션 방울에 그리드를 넣고 그리드의 가장자리 필터 종이 만져 즉시 건조. 그런 다음, 30의 큰 얼룩 솔루션 방울에 넣어 s.</li>
	<li>격자의 가장자리와 필터 종이 만져에 액체를 제거 합니다. 표에서 보유자에 그리드를 배치 합니다. 적어도 10 분 동안 건조 그리드를 기다립니다.</li>
	<li>종이 접기 (그림 4), AuNRs (그림 5), 및 종이 접기-AuNRs (그림 6) 가장에 의해 샘플을 특징.</li>
</ol>8. 원형이 색 성 측정
<ol><li>20 분에 대 한 N2 CD 분석기를 제거. 참고: CD 분석기의 대부분 N2 램프 점화 하기 전에 정화 필요 합니다. CD 분 광 계 설명서를 확인 하십시오.</li>
	<li>대역폭, 검색 범위, 및 수집 단계를 설정 합니다. 참고: 검색 범위는 AuNRs의 크기에 따라 AuNRs의 광학 속성에 따라 달라 집니다.</li>
	<li>버퍼와 측정 빈 Cd입니다.</li>
	<li>종이 접기-AuNR 샘플 (그림 7)의 CD 스펙트럼을 측정 합니다. 참고: CD 측정에 대 한 쿼트 또는 유리 큐 벳을 사용 합니다. 플라스틱 큐 벳 CD 분광학에 대 한 적합 하지 않습니다. 또한, 대부분 CD 분석기 흡수 및 CD 데이터의 동시 취득을 수 있습니다.</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

프로토콜 설계, 조립, 정화, 및 AuNRs의 종이 접기-기반 랄 어셈블리 DNA의 특성의 전체 워크플로 소개합니다. 프로토콜에 사용 되는 DNA 종이 접기 템플릿에 자극-반응 어셈블리의 제조에 특히 적합 합니다. 다양 한 유형의 응답 functionalizes와 종이 접기 템플릿 (그림 1B)24,25,,2631의 카이 랄 상태를 정의 하는 잠금 가닥으로 통합 될 수 있다. 정적 어셈블리에 대 한 간단한 블록 모양의 서식 파일은 종종 충분 한14,45,,4647.
DNA 종이 접기-기반 접근 plasmonic nanostructure의 제조에 DNA 종이 접기 기법48의 한계를 상속합니다. 종이 접기 서식 파일의 크기는 일반적으로 비 계 가닥의 크기에 의해 제한 됩니다. DNA 구조의 안정성 법-소금 조건 하에서 감소 된다. 합성 스테이플의 비용 보다 높은 남아 가닥. 그러나 구조 DNA 나노기술 분야에서 최근 개발이 제한49,50,51,,5253,54 극복 것으로 예상 된다 , 55.
AuNRs34,35,,3637의 카이 랄 어셈블리를 생성 하기 위한 다른 분자 기반 접근법에 비해 DNA 종이 접기는 공간 정밀도 및 프로그래밍의 높은 수준을 제공 합니다.
카이 랄 어셈블리의 안정적이 고 재현 가능한 광학 응답을 달성 하기 위한 품질 및 상용 제품의 광학 속성 일괄 처리 사이 다를 수 있습니다 이후 AuNR 합성40에 대 한 프로토콜을 적응 것이 좋습니다. 추가 어 닐 링 (단계 6.2)는 종종 DNA 종이 접기 템플릿 (그림 6) AuNRs의 올바른 첨부 파일을 보장 하기 위한 중요 한입니다.
마지막으로, 여기에 설명 된 프로토콜 랄 어셈블리에 국한 되지 않습니다. DNA 종이 접기는 복잡 한 plasmonic nanostructures9,10의 제조에 매우 유연한 플랫폼을 제공합니다.

DNA nanostructures, DNA 종이 접기 특히 널리 사용 된 분자와 다른 나노 스케일 구성 요소 (예: 단백질 및 나노 [NPs])을 나노미터 정밀도로 거의 임의의 형상1,2 로 , 3 , 4 , 5. 높은 수율 및 정확도 가진 DNA 종이 접기 템플릿에 금속 NPs를 정렬 하는 기능 수 소설 광 속성6,,78, plasmonic 구조체의 제조 9 , 10. DNA 종이 접기 기술 특히 유용 구조의 키 랄 plasmonic, 진정으로 3 차원 아키텍처11,12,13, 를 요구 하는 세대에 대 한 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
이 프로토콜 자세하게에서 AuNRs의 DNA 종이 접기 템플릿 랄 어셈블리의 제작의 전체 과정을 설명합니다. 소프트웨어 디자인21 에 대 한 사용 되며 구조 예측22,23 DNA 종이 접기의 직관적이 고 자유롭게 사용할 수 있습니다. 종이 접기 제조 및 AuNR 합성 일반적인 생화학 실험실 장비 (예를 들어, thermocyclers, 젤 전기 이동 법, 핫 플레이트, 원심 분리기)를 사용합니다. 구조는 표준 가장 및 CD 분광학을 사용 하 여 특징 이다.
하향식 방법 (예를 들어, 전자 빔 리소 그래피)와 비슷한 plasmonic nanostructures의 제조는 오히려 복잡 하 고 비싼 장비를 요구할 것입니다. 또한, DNA 종이 접기 템플릿은 plasmonic 어셈블리24,25,26,,2728,29 구조 갖추었을 통합 가능성 ,30,31,,3233, 리소 그래피 기술로 가공 하는 구조에 대 한 매우 도전입니다. 다른 분자 기반 접근34,35,,3637에 비해, DNA 종이 접기-기반 제조 높은 수준의 공간 정밀도 및 프로그래밍 기능을 제공 합니다.

<table><tbody><tr><td>2,6-Dihydroxybenzoic acid</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>Nippon Genetics</td><td>FG-06</td><td>FastGene LED Transilluminator</td></tr><tr><td>Bromophenol Blue</td><td>Acros Organics</td><td>403160050</td><td>아가로로즈 젤&nbsp; 로딩 버퍼</td></tr><tr><td>원심 필터 유닛</td><td>Merck Millipore</td><td>42600</td><td>DNA 추출은 아가로스</td></tr><tr><td>Chirascan CD 분광계</td>에서 추출합니다.<td>응용 광물리학</td><td></td><td></td></tr><tr><td>큐벳&nbsp;</td><td>헬마&nbsp;</td><td>105-202-85-40</td><td>Quartz SUPRASIL</td></tr><tr><td>DNA lobind 튜브</td><td>Eppendorf</td><td>30108051</td><td></td></tr><tr><td>Eppendorf Biospectrometer&nbsp;</td><td>Eppendorf</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>Polysucrose 400 (agarorose gel&nbsp; 로딩 버퍼용)</td></tr><tr><td>Gel 전기영동 세트</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gel imager</td><td>Bio-Rad</td><td></td><td>Gel Doc XR+ System&nbsp;</td></tr><tr><td>HAuCl4&bull; 3H2O</td><td>알파 Aesar</td><td>AA3640006</td><td>99.99%</td></tr><tr><td>HCl&nbsp;</td><td>Scharlau</td><td>AC07441000</td><td>1M</td></tr><tr><td>Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>H9151-100</td><td>BioXtra, 98 + %</td></tr> <tr><td>L (+) - 아스코르브 산</td><td>Acros 유기물</td><td>401471000</td><td>99 + %</td></tr> <tr><td>M13p7560 스캐 폴드 스트랜드</td><td>Tilibit 나노 시스템</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MgCl2&bull; 6H2O</td><td>시그마-알드리치</td><td>M2670-500</td><td>BioXtra, 99+</td></tr><tr><td>%NaBH><4</td><td>Acros 유기물</td><td>200050250</td><td>99%</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>시그마-알드리치</td><td>S7653-500</td><td>BioXtra, 99.5+</td></tr><tr><td>%NaOH</td><td>시그마-알드리치</td><td>S8045-500</td><td>BioXtra, 98+%</td></tr><tr><td>파라필름</td><td>시그마-알드리치</td><td>P7668-1EA</td><td>파라필름 M</td></tr><tr><td>PBS 버퍼 (10X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BP3991</td><td>분자생물학</td></tr><tr><td>ProFlex PCR 시스템</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>DNA 염색</td></tr><tr><td>TBE 완충액 (10X)</td><td>Invitrogen</td><td>15581-044</td><td>분자 생물학</td></tr><tr><td>TE 완충액 (10X)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>BP24771</td><td>분자 생물학</td></tr><tr><td>TEM</td><td>FEI</td><td></td><td>FEI Tecnai F12</td></tr><tr><td>티올 기능화&nbsp; ssDNA&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td>Biomers.net</tr><tr><td>Tris(2-카르복시에틸)포스핀 하이드로클로라이드 (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>초순수(1형)</td><td></td><td></td><td>Milli-Q Direct 8 시스템</td></tr><tr><td>포름우라닐</td><td>Tebu-bio</td><td>24762-1</td><td></td></tr><tr><td>백색광 투과광 UVP</td><td></td><td>TW-26</td><td></td></tr></tbody></table>

dna 종이 접기 서식 파일을 사용 하 여 키 랄 plasmonic metamolecules로 금 nanorods의 조립

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

DNA 종이 접기 구조의 내재 접근성은 그들이 복잡 한 plasmonic nanostructures에 금속 나노 입자의 배열에 대 한 이상적인 서식 파일. DNA 종이 접기 템플릿 어셈블리의 공간 고정밀 제어 개별 입자의 plasmonic 공명 간의 결합 있으며 건설된 nanostructures의 광학 특성에 맞게 수 있습니다. 최근, 키 랄 plasmonic 시스템 plasmonic 어셈블리의 공간 구성 및 그들의 광학 응답 (예를 들어, 원형이 색 성 [CD]) 사이 강한 상관 관계 때문에 관심을 많이 끌었다. 이 프로토콜에서 우리는 금 nanorods (AuNRs)의 종이 접기-기반 랄 어셈블리 DNA의 세대에 대 한 전체 워크플로 설명합니다. 프로토콜 설계 원칙 및 DNA 종이 접기 템플릿 제작, AuNRs, 합성 및 종이 접기-AuNR 구조체의 어셈블리에 대 한 실험 절차에 대 한 자세한 설명이 포함 되어 있습니다. 또한, 전송 전자 현미경 (TEM) 및 CD 분광학을 사용 하 여 구조체의 특성 포함 됩니다. 설명된 프로토콜 랄 구성에 국한 되지 않습니다 하 고 다양 한 plasmonic 아키텍처의 건설에 대 한 적응 시킬 수 있다.

DNA 종이 접기 템플릿, AuNRs, 및 마지막 종이 접기-AuNR 어셈블리의 TEM 이미지는 각각 그림 4, 그림 5, 그림 6A에 표시 됩니다. 때문에 그들의 바인딩 특혜 가장 격자를, 종이 접기-AuNR 어셈블리 일반적으로 병렬 종이 접기 번들 및 막대 (그림 6A)로 보인다. 열 어 닐 링 하는 것은 종이 접기 템플릿 (그림 6A, B)에 AuNRs의 정확한 줄 맞춤에 대 한 필요 합니다. 프로토콜에는 강한 plasmonic CD 반응 (그림 7) 랄 metamolecules로 AuNRs의 어셈블리의 높은 수율 수 있습니다.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>온도 (° C)</td>
			<td>시간</td>
		</tr>
<tr>
<td>80</td>
			<td>15 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>79-71</td>
			<td>1 ° C/1 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>70-66</td>
			<td>1 ° C/5 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>65-60</td>
			<td>1 ° C/30 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>59-37</td>
			<td>1 ° C/60 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>36-30</td>
			<td>1 ° C/15 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>29-20</td>
			<td>1 ° C/5 분</td>
		</tr>
<tr>
<td>20</td>
			<td>보류</td>
		</tr>
</tbody></table>표 1: 온도 그리고 DNA 종이 접기 템플릿 열 어 닐 링에 대 한 요금.
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td>온도 (° C)</td>
			<td>시간 (분)</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>보류</td>
		</tr>
</tbody></table>표 2: 온도 및 AuNRs 및 DNA 종이 접기 템플릿의 어 닐 링에 대 한 보유 시간. 단계 사이 냉각 속도 0.1 ° C/min에서 설정 됩니다. DNA 종이 접기-AuNR 샘플 400 rpm에서 떨고 있는 동안 단련 됩니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig1.jpg"> 그림 1 : DNA 종이 접기 템플릿 랄 metamolecules의 디자인. 골드 nanorods (AuNRs)의 원하는 상대 공간 배열 및 DNA 종이 접기 서식 파일의 적당 한 모양에는 식별을 (A) (B) AuNRs (DAuNR, LAuNR)와 종이 접기 템플릿 (W종이 접기, L종이 접기, Θ)의 구조 매개 변수 견적. 추가 수정이 필요 스테이플의 대략적인 위치를 찾습니다. (C) caDNAno를 사용 하 여 DNA 종이 접기 템플릿의 디자인. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig2.jpg"> 그림 2 : 종이 접기의 agarose 젤 전기 이동 법. (A) 1 %agarose 젤 전기 이동 법 (B) 특성화 대 80에 2 h 4 h 80 대에 대 한 2 %agarose 젤 전기 이동 법을 가진 정화 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig3.jpg"> 그림 3 : 종이 접기-AuNRs의 agarose 젤 전기 이동 법 정화. 젤 (0.7%) 3.5 h 80 V 다른 DNA-AuNR-에-종이 접기 비율 (20:1, 5:1)와 샘플 (DNA-AuNRs-에-종이 접기 비율이 10:1)와 함께/없이 절차를 어 닐 링 조립 절차에 따라 샘플 준비에서 실행 되었습니다. 밴드 1, 2 및 3에서에서 샘플의 TEM 이미지, 그림 6을 참조 하십시오. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig4.jpg"> 그림 4 : DNA 종이 접기의 대표 TEM 이미지. 비 계 가닥에 의해 서로 연결 된 두 개의 14-나선 번들 (80 nm x 16 nm x 8 nm) 종이 접기 구조에 의하여 이루어져 있다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig5.jpg"> 그림 5 :는 AuNRs의 대표 TEM 이미지. 합성된 AuNRs의 평균 크기는 70 x 30 nm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig6.jpg"> 그림 6 : 종이 접기-AuNR 어셈블리의 TEM 이미지. (A) 종이 접기 ( 그림3에서 밴드 1) 어 닐 링 후에 AuNR 이합체. (B) 어 닐 링 (밴드 2 그림3에서) 없이 종이 접기에 AuNR 이합체. (C) 종이 접기-AuNR 집계 (밴드 3 그림3에서). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59280/59280fig7.jpg"> 그림 7 : 종이 접기-AuNR 어셈블리의 CD 스펙트럼. 닫힌된 구조 (오른 손잡이 구성, 두 개의 종이 접기 번들 사이 50 °에 잠금 가닥 정한 종이 접기 템플릿)의 CD 스펙트럼 및 개방형 구조 (잠금 가닥 없이 종이 접기 템플릿). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59280/59280fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

우리는 DNA 종이 접기 기반 어셈블리 골드 nanorods의 강한 chiroptical 응답 랄 plasmonic metamolecules에 대 한 상세한 프로토콜을 설명합니다. 프로토콜 랄 구성에 국한 되지 않습니다 하 고 다양 한 plasmonic 아키텍처의 제작을 위해 쉽게 적응 시킬 수 있다.

DNA 종이 접기 서식 파일을 사용 하 여 키 랄 Plasmonic Metamolecules로 금 Nanorods의 조립

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

이 방법을 사용하면 강력한 chiroptical 응답으로 3차원 치랄 플라스모닉 어셈블리를 제작할 수 있습니다. 이 접근법의 주요 장점은 자유롭게 사용할 수 있는 소프트웨어 도구와 일반적인 생화학 실험실 장비를 사용하여 복잡한 금속 나노 구조의 제조를 가능하게 한다는 것입니다. 절차를 시연하는 것은 대학원생 이케 황과 내 실험실에서 포스트 독민 입니다.caDNAno를 사용하여 DNA 종이 접기 템플릿을 디자인하십시오. 템플릿의 원하는 모양에 따라 스캐폴드를 스테이플 가닥으로 라우팅합니다. 그런 다음 시퀀스 도구를 클릭하여 스테이플 가닥 시퀀스를 생성합니다.페인트 도구를 클릭하고 추가 수정이 필요한 스테이플 가닥에 표시합니다. 내보내기 도구를 클릭하여 DNA 스테이플 서열을 CSV 파일로 내보냅니다. 그런 다음 CSV 파일을 스프레드시트 응용 프로그램으로 가져옵니다.골드 나노로드 조립을 위한 핸들로 사용할 스테이플 끝에 폴리아데닌 서열을 추가합니다. 잠금 시퀀스를 통해 설계된 잠금 사이트의 스테이플 가닥을 수정합니다. 동일한 양의 농도를 혼합하여 손잡이와 자물쇠가 있는 가닥을 포함한 스테이플 가닥의 작업 재고를 준비합니다.그런 다음 텍스트 프로토콜에 자세히 설명된 종이 접기 혼합물을 준비합니다. 온도 가에서 80도에서 20섭씨까지 열순환기의 혼합물을 음닐합니다. 1%젤의 경우, 전자레인지에 혼합물을 가열하여 100밀리리터의 TBE에 아가로즈 1그램을 녹입니다.얼룩 사양에 따라 10, 000X DNA 얼룩의 10 마이크로 리터를 추가합니다. 추출 단계에서 UV 광에 대한 노출을 최소화하려면 파란색 여기 아래에 시각화 할 수있는 DNA 얼룩을 사용합니다. 젤을 캐스팅하고 실온에서 30 분 동안 인큐베이션하십시오.그런 다음 젤 박스를 얼음 수조에 놓습니다. 종이 접기 샘플에 적재 버퍼를 추가하고 사용된 콘에 따라 적절한 부피로 샘플을 우물에 로드합니다. 전기 전도를 80 볼트에서 2 시간 동안 실행합니다.젤 이미저로 젤을 이미지합니다. 파란색 광 트랜길루미에이터를 사용하여 밴드를 시각화하고 종이 접기 밴드를 잘라냅니다. 그런 다음 파라필름에 젤을 부수고 액체를 추출합니다.회수 수율은 액체를 원심 필터 단위로 약 40%파이펫으로 만들고 5분 동안 3, 000배 G에서 회전합니다. UV 가시 분광기로 260 나노미터에서 종이 접기 용액의 흡수를 측정합니다. 금 나노로드를 준비하려면 0.55 그램의 CTAB 및 0.037 그램의 2, 6-Dihydroxybenzoic 산을 둥근 바닥 플라스크에 15 밀리리터의 따뜻한 물에 녹입니다.용액을 섭씨 30도까지 냉각한 후, 4밀리머 실버 질산염의 600 마이크로리터를 넣고 450 RPM에서 2분간 저어줍니다. 섭씨 30도에서 15분 동안 방해받지 않고 용액을 방치하십시오. 다음으로, 1밀리머 수소 테트라클로로에스테라산염 15밀리리터를 용액에 넣고 450 RPM에서 15분간 저어줍니다.또한 64 밀리머 L-아스코르브 산의 120 마이크로리터를 넣고 즉시 1, 200 RPM에서 30초 간 저어줍니다. 이제 12 마이크로리터의 금 씨앗을 추가하고 30초 동안 1, 200 RPM에서 계속 저어줍니다. 18시간 동안 섭씨 30도에서 수조에 용액을 배양합니다.솔루션을 방해하지 말고 캡을 사용하여 플라스크를 닫습니다. 결과 용액을 섭씨 20도에서 12분 동안 9, 500회 G에서 원심분리기 튜브및 원심분리기로 옮긴다. 초순수의 20밀리리터에 상류물을 버리고 펠릿을 분산시다.원심 분리 단계를 한 번 더 수행한 다음 최종 펠릿을 증류수 3밀리리터에 분산시합니다. 경도 플라스몬 공명에 대한 소멸 계수를 사용하여 UV 가시 흡수 측정에서 금 나노로드의 농도를 추정한다. 10 나노 몰러 금 나노로드의 150 마이크로 리터와 0.5 밀리머 TCEP 처리 티올 DNA의 40 마이크로 리터를 혼합.최종 SDS 농도가 0.05%에 도달할 때까지 금 나노로드 용액에 1%SDS를 추가합니다. 하나의 어금니 HCL의 약 1 마이크로리터로 PH를 2.5에서 3 사이로 조정합니다. 70 RPM에서 흔들면서 2 시간 동안 배양하십시오.염화나트륨을 첨가하여 염화나트륨 농도가 0.5어로 최종 화량에 도달하고 실온에서 4시간 동안 인큐베이션을 하고 70RPM에서 흔들리면 됩니다. 그런 다음 10배 TBE 버퍼로 PH를 약 8.5로 조정하고 밤에 배양합니다. DNA 골드 나노로드를 세척 버퍼 1밀리리터와 원심분리기 1밀리리터를 30분 동안 7, 000회 G로 혼합하여 4회 세척합니다.상체를 제거하고 나머지 액체의 DNA 금 나노로드를 다시 분리합니다. 이전과 같이 UV 가시 흡수 측정에서 DNA 금 나노로드의 농도를 추정한다. 정제된 DNA 금 나노로드의 용액에 염화물 마그네슘을 10 밀리머의 최종 농도에 추가합니다.정제된 DNA 금 나노로드및 종이 접기를 10 대 1 비율로 혼합하고 400 RPM에서 흔들면서 섭씨 40도에서 섭씨 20도까지 온도 조절을 하는 믹서에 혼합물을 산출합니다. 최종 종이 접기 금 나노로드 구조를 정화하기 위해 0.7 %의 아가로즈 젤 전기 전광을 사용합니다. TEM 이미징의 경우 0.75%의 우란성 용제 용액200마이크로리터와 5개의 어금니 나트륨 수산화나트륨 1마이크로리터를 혼합합니다.2~3분 동안 즉시 소용돌이. 14, 000회 G.Then에서 3~4분 동안 얼룩용 원심분리제는 알루미늄 호일로 래핑하여 빛 노출로부터 얼룩을 보호합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 TEM 그리드의 수압성을 증가시켜, 파이펫 5 마이크로리터 샘플은 TEM 그리드에 떨어집니다.5~8분의 인큐베이션을 받은 후 그리드 가장자리가 있는 필터 용지를 부드럽게 터치하여 드롭을 제거합니다. 이제 파이펫 한 방울과 파라필름 조각에 얼룩 용액 한 방울. 그리드의 가장자리로 필터 용지를 터치하여 작은 얼룩 용액 드롭에 그리드를 넣고 즉시 건조시십시오.그런 다음 큰 얼룩 용액을 30 초 동안 떨어 뜨립니다. 여기에 DNA 종이 접기 템플릿의 TEM 이미지가 표시됩니다. 종이 접기 구조는 스캐폴드 가닥에 의해 함께 연결된 두 개의 14 개의 나선 번들로 구성됩니다.여기서, 금 나노로드의 대표적인 TEM 이미지가 표시됩니다. 합성 된 금 나노로드의 평균 치수는 70 x 30 나노미터입니다. 이 이미지는 안어링 후 종이 접기에 금 나노 로드 희미한 을 보여줍니다.TEM 그리드에 대한 결합 선호도로 인해 종이 접기 골드 나노로드 어셈블리는 일반적으로 병렬 종이 접기 번들 및 막대로 간주됩니다. 이 프로토콜은 강력한 플라스모닉 원형 이색반응으로 금 나노로드의 조립을 치랄 메타 분자로 높게 수율을 가능하게 한다. 여기에 닫힌 구조와 열린 구조의 스펙트럼이 표시됩니다.개발 후, 이 기술은 연구원이 복잡한 자체 조립 금속 나노 구조의 플라스모닉 광학 특성을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 바와 같이, 여러 유해 화학물질이 이 방법에 사용된다. 재료 안전 데이터 시트를 주의 깊게 확인하고 필요한 예방 조치를 취하십시오.

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

Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

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