DNA origami-gemedieerde substraat nano-Atterning van anorganische structuren voor sensing toepassingen

Dit protocol combineert de bottom-up gebaseerde DNA origami techniek met top-down nanofabricage methoden waardoor de parallelle fabricage van anorganische nanostructuren met sub-10 nanometer functie maten op verschillende substraten. Deze techniek kan worden gebruikt om miljarden nauwkeurige nanostructuren in één keer te creëren, vrijwel in elke vorm zonder de noodzaak van dure patronenmethoden. Deze methode heeft het potentieel om te worden benut in het ontdekken van toepassingen zoals oppervlak verbeterde Raman spectroscopie, evenals om nieuwe optische metasurfaces te creëren.

Hoewel dit protocol vrij eenvoudig is, zijn meer disciplinaire fabricagevaardigheden nodig en daarom zal visuele demonstratie nuttig zijn voor onderzoekers met verschillende achtergronden. Het aantonen van de procedure met Petteri Piskunen zal Sofia Julin, een andere grad student van ons lab. Om de voorraad van nietje strengen te maken, meng gelijke hoeveelheden van alle oligonucleotiden die nodig zijn voor de vlinderdas structuur en meng 20 microliters van de M13 MP18 steiger streng met 40 microliter van de nietjes voorraad oplossing en 40 microliters van 2,5 X vouwen buffer in een 200 microliter PCR buis.

Dan anneal de reactie mengsel in een thermocycler van 90 tot 27 graden Celsius zoals beschreven in de tabel. Om het substraat voor te bereiden, dompel ongeveer zeven bij zeven millimeter chips uit een saffierwafer in een glazen container van 52 graden Celsius aceton gedurende ten minste 15 minuten voordat u de chips in een glazen container van isopropanol gedurende twee minuten van sonicatie. Gebruik aan het einde van de sonicatie een pincet om de chips uit de isopropanol te verwijderen en droog de spanen onmiddellijk met stikstof op de hoogst mogelijke stroom met de spaanvlakken parallel aan de richting van de stroom.

Voor plasma-verbeterde chemische dampdepositie van de amorfe siliciumlaag, plaats de gedroogde chips in het plasma-verbeterde chemische damp depositie instrument en stel de depositie parameters volgens het instrument model en kalibratie te groeien ongeveer 50 nanometer van amorf silicium. Voor zuurstofplasmabehandeling van de amorfe siliciumlaag plaatst u de chips in het reactieve ionenetsinstrument en stelt u de etsparameters in om zuurstofplasma te genereren volgens het instrumentmodel en de kalibratie. Voer dan het zuurstofplasma behandelingsprogramma uit.

Meng binnen 30 minuten na de zuurstofplasmabehandeling vijf microliter gevouwen en gezuiverde DNA-origami-oplossing met vier microliters vouwbuffer en één microliter van één molaire magnesiumchloride. Deponeren 10 microliter van het DNA-origamimengsel op elke zuurstofplasma behandelde chip en bedek de chips gedurende een incubatie van vijf minuten bij kamertemperatuur. Aan het einde van de incubatie, was de spaanoppervlakken met 100 microliters gedestilleerd water, spoel het water heen en weer een paar keer met de pipet, terwijl het vermijden van het aanraken van de centra van de chips.

Na ashing twee tot drie keer zoals net aangetoond, onmiddellijk droog de chips met stikstof stroom. Om een siliciumdioxidemasker te kweken, meng 100 gram silicagel met 30 milliliter gedestilleerd water. Plaats het silicagelmengsel in een desiccator en scheid de gel met een geperforeerde plaat.

Na 24 uur plaatst u de chips met geadsorbeerde DNA-origami op het geperforeerde platform in de desiccator en plaatst u een flesje met 10 milliliter tetraethyl orthosilicaat aan de ene kant van de chips en een flesje met 10 milliliter 25%ammoniumhydroxide aan de andere kant van de chips. Sluit vervolgens de kamer af voor een incubatie van 20 uur bij kamertemperatuur. Aan het einde van de incubatie zal een siliciumdioxidefilm zich hebben gevormd op de gebieden zonder de DNA-origamistructuren, waardoor een masker met 10 tot 20 nanometer met PATROON ontstaat met DNA-origamivormige gaten.

Voor reactieve ionenets van het siliciumdioxide plaatst u de spanen in het reactieve ionenetsinstrument en stelt u de etsparameters in om slechts twee tot vijf manometers van het siliciumdioxide te etsen om de amorfe siliciumlaag onder de gaten in het siliciumdioxidemasker te onthullen. Alle etsparameters moeten worden geoptimaliseerd voor de gekozen instrumenten, omdat de juiste parameters afhankelijk zijn van het type apparatuur en de specifieke opstelling. Sommige iteraties kunnen nodig zijn.

Na het uitvoeren van de anisotropische siliciumdioxide plasma etsprogramma, stel de etsparameters te doorboren door de 50 nanometer amorfe silicium laag. Voer dan het isotropische silicium plasm etsprogramma uit. Laad de spanen voor fysieke dampdepositie in de verdampingskamer van het fysieke dampdepositie-instrument en selecteer een lijmdoelmetaal.

Stel het diktecontroleprogramma in voor het doelmateriaal en de dikte en start de elektronenbundel, lijn de bundel uit op het doel en verhoog de bundelstroom tot een depositiesnelheid van 0,05 nanometer per seconde is bereikt. Verdampen vervolgens tot een uiteindelijke dikte van twee nanometer is bereikt. Selecteer aan het einde van de verdamping het tweede doelmetaal zonder de kamer te ontluchten of het proces te onderbreken en stel de dikte in.

Lijn de elektronenbundel uit op het doel tot een 0,05 nanometer per seconde afzettingssnelheid wordt bereikt voordat verdampen tot een dikte van 20 nanometer is bereikt. De DNA origami vormige metalen structuur zal worden gemaakt door middel van de siliciumdioxide masker gaten met de totale hoogte van 22 nanometer. Na het ontluchten van de kamer, verwijder monsters.

Voor hydrofluorzuur liftoff, dompel de monsters in fluorwaterstof zuur gebaseerde etchant en gebruik plastic pincet om de monsters zachtjes te roeren. Wacht tot de siliciumdioxidelaag volledig is geseetsd en dat de metaallaag is losgemaakt voordat u de monsters met dubbel gedestilleerd water en isopropanol spoelt. Droog vervolgens de monsters met een stikstofstroom zoals aangetoond.

Voor reactieve ionenets van het resterende amorfe silicium, plaats de spanen in het reactieve ionenetsinstrument en stel de etsparameters in voor door verwijdering van alle 50 nanometers van het amorfe silicium. Voer het isotropische amorfe siliciumplasmaetsprogramma uit om het resterende amorfe silicium te verwijderen. Verwijder vervolgens de monsters uit de reactieve ionenetsapparatuur en bewaar ze in een overdekte container.

Agarose gel elektroforese en atomaire kracht microscopie kan worden gebruikt om de DNA origami vouwen en de kwaliteit van de polyethyleen glycol zuivering te analyseren. Hier worden representatieve atomaire krachtmicroscopiebeelden getoond na de groei van het siliciumdioxidemasker. Terwijl in deze beelden, scanning elektronenmicroscopie van de uiteindelijke metalen nanostructuren kan worden waargenomen.

In deze grafieken werd de optische functionaliteit van de metalen nanostructuren, sjabloon door de vlinderdas DNA origami, geanalyseerd. Siliciumdioxide masker groei is cruciaal voor het proces en is nogal gevoelig voor de vochtigheid en reactiviteit van TEOS. Daarom moeten deze parameters zorgvuldig worden gecontroleerd op reproduceerbaarheid.

Als de DNA-origamitechniek verder wordt gecombineerd met zeer geordende DNA-patronen, zou het de weg kunnen effenen voor de fabricage van metamaterialen en oppervlakken op de zichtbare golflengte.