हम डीएनए origami के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन-मजबूत chiroptical प्रतिक्रियाओं के साथ चिरल plasmonic मेटाअणु में सोने nanorods के आधार पर विधानसभा । प्रोटोकॉल चिरल विंयास तक ही सीमित नहीं है और आसानी से विभिंन plasmonic architectures के निर्माण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ।
डीएनए origami संरचनाओं की अंतर्निहित addressability उंहें आदर्श जटिल plasmonic नैनोकणों में धातु नैनोकणों की व्यवस्था के लिए टेंपलेट्स बनाता है । एक डीएनए origami-templated विधानसभा के उच्च स्थानिक परिशुद्धता व्यक्तिगत कणों के plasmonic अनुनादों के बीच युग्मन को नियंत्रित करने और निर्माण nanostructures के ऑप्टिकल संपत्तियों दर्जी सक्षम बनाता है की अनुमति देता है । हाल ही में, चिरल plasmonic प्रणालियों plasmonic विधानसभाओं और उनके ऑप्टिकल प्रतिक्रियाओं के स्थानिक विंयास के बीच मजबूत संबंध के कारण ध्यान की एक बहुत आकर्षित किया (जैसे, परिपत्र dichroism [सीडी]) । इस प्रोटोकॉल में, हम गोल्ड नैनोरोड्स (aunrs) के डीएनए origami आधारित चिरल विधानसभाओं की पीढ़ी के लिए पूरे कार्यप्रवाह का वर्णन । प्रोटोकॉल डिजाइन सिद्धांतों और डीएनए origami टेम्पलेट्स के निर्माण के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं का एक विस्तृत विवरण शामिल, aunrs के संश्लेषण, और origami के विधानसभा-aunrs संरचनाओं. इसके अलावा, संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) और सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग संरचनाओं के लक्षण वर्णन शामिल है । वर्णित प्रोटोकॉल चिरल विंयास तक ही सीमित नहीं है और विभिंन plasmonic architectures के निर्माण के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ।
डीएनए nanostructures, विशेष रूप से डीएनए origami, व्यापक रूप से अणुओं और अन्य nanostructures घटकों की व्यवस्था करने के लिए इस्तेमाल किया गया है (जैसे, प्रोटीन और नैनोकणों [एनपीएस]), नैनोमीटर परिशुद्धता के साथ लगभग मनमाने ढंग से geometries1,2 , 3 , 4 , 5. एक उच्च उपज और सटीकता के साथ डीएनए origami टेम्पलेट्स पर धातु एनपीए की व्यवस्था करने की क्षमता उपन्यास ऑप्टिकल गुण के साथ plasmonic संरचनाओं के निर्माण में सक्षम बनाता है6,7,8, 9 , 10. डीएनए origami तकनीक विशेष रूप से चिरल plasmonic संरचनाओं की पीढ़ी के लिए उपयोगी है, जो वास्तव में तीन आयामी आर्किटेक्चर की आवश्यकता11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
इस प्रोटोकॉल में विस्तार से डीएनए origami के निर्माण की पूरी प्रक्रिया का वर्णन है-aunrs के चिरल विधानसभाओं templated । डिजाइन21 और संरचना भविष्यवाणी22,डीएनए origami के23 के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर सहज और स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है । origami निर्माण और aunr संश्लेषण आम जैव रसायन प्रयोगशाला उपकरण का उपयोग करें (जैसे, thermocyclers, जेल वैद्यरसंचलन, गर्म प्लेटें, centrifuges) । संरचनाओं मानक TEM और सीडी स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर विशेषता है ।
ऊपर से नीचे के तरीकों के साथ समान plasmonic nanostructures के निर्माण (जैसे, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी) बल्कि जटिल और महंगी उपकरणों की आवश्यकता होगी । इसके अलावा, डीएनए origami टेम्पलेट्स plasmonic विधानसभाओं में संरचनात्मक reconfigurability शामिल करने के लिए संभावना प्रदान करते हैं24,25,26,27,28,29 ,30,31,३२,३३, जो लिथोग्राफी तकनीकों के साथ निर्मित संरचनाओं के लिए अत्यंत चुनौतीपूर्ण है । अन्य आणविक-आधारित दृष्टिकोणों की तुलना में३४,३५,३६,३७, डीएनए origami आधारित निर्माण, स्थानिक परिशुद्धता और प्रोग्रामेबिलिटी का एक उच्च स्तर प्रदान करता है ।
प्रोटोकॉल डिजाइन, विधानसभा, शुद्धिकरण, और aunrs के डीएनए origami आधारित चिरल विधानसभाओं के लक्षण वर्णन के पूरे कार्यप्रवाह का परिचय । प्रोटोकॉल में प्रयुक्त डीएनए origami टेम्पलेट्स उत्तेजकों के निर्माण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं-उत्तरदायी विधानसभाओं. प्रतिक्रियाओं के विभिन्न प्रकार और functionalizes ताला किस्में कि origami टेम्पलेट के चिरल राज्य को परिभाषित करने में शामिल किया जा सकता (चित्रा 1बी)24,25,26,31. स्थैतिक असेंबली के लिए, सरल ब्लॉक-आकार वाले टेंपलेट्स अक्सर पर्याप्त14,४५,४६,४७होते हैं ।
प्लास्मोनिक नैनोस्ट्रक्चर के निर्माण के लिए डीएनए origami-आधारित दृष्टिकोण डीएनए origami तकनीक४८की सीमाओं को इनहेरिट करता है । origami टेम्पलेट्स का आकार आमतौर पर पाड़ कतरा के आकार के द्वारा सीमित है. डीएनए संरचनाओं की स्थिरता कानून-नमक की स्थिति के तहत कम हो जाती है । सिंथेटिक स्टेपल किस्में की लागत नहीं बल्कि उच्च रहता है । हालांकि, संरचनात्मक डीएनए नैनो के क्षेत्र में हाल के घटनाक्रम इन सीमाओं को दूर करने की उम्मीद कर रहे हैं४९,५०,५१,५२,५३,५४ , ५५.
aunrs३४,३५,३६,३७के चिरल विधानसभाओं पैदा करने के लिए अन्य आणविक आधारित दृष्टिकोणों की तुलना में, डीएनए origami स्थानिक परिशुद्धता और प्रोग्रामेबिलिटी के एक उच्च स्तर प्रदान करता है ।
किरल असेंबलियों की विश्वसनीय और पुनरुत्पादनीय ऑप्टिकल प्रतिक्रियाओं को प्राप्त करने के लिए, हम दृढ़ता से aunr संश्लेषण४०के लिए प्रोटोकॉल्स को अनुकूल करने की अनुशंसा करते हैं, क्योंकि व्यावसायिक उत्पादों की गुणवत्ता और ऑप्टिकल गुण बैचेस के बीच भिन्न हो सकते हैं । अतिरिक्त अनीलन (चरण ६.२) को अक्सर डीएनए origami टेम्पलेट्स (चित्रा 6) के लिए aunrs की सही लगाव सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है ।
अंत में, यहां वर्णित प्रोटोकॉल चिरल विधानसभाओं तक ही सीमित नहीं है । डीएनए origami जटिल plasmonic nanostructures9,10के निर्माण के लिए एक बहुत लचीला मंच प्रदान करता है ।
The authors have nothing to disclose.
लेखक सीडी स्पेक्ट्रोमीटर के साथ उसकी सहायता के लिए एस voutilainen धन्यवाद. लेखकों ओटानानो-नैनोमिकरोस्कोपी सेंटर (aalto-nmc) में aalto विश्वविद्यालय द्वारा सुविधाओं और तकनीकी सहायता के प्रावधान को स्वीकार करते हैं । इस काम को फिनलैंड की अकादमी (ग्रांट ३०८९९२) और यूरोपियन यूनियन के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम के तहत मैरी skłodowska-क्यूरी ग्रांट एग्रीमेंट No. ७१३६४ द्वारा समर्थित किया गया था ।
2,6-Dihydroxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | D109606-25 | 98+% |
AgNO3 | Alfa Aesar | AA1141414 | 99.90% |
Blue light transilluminator | Nippon Genetics | FG-06 | FastGene LED Transilluminator |
Bromophenol Blue | Acros Organics | 403160050 | For agarorose gel loading buffer |
Centrifugal filter units | Merck Millipore | 42600 | DNA extraction from agarose |
Chirascan CD spectrometer | Applied Photophysics | ||
Cuvette | Hellma | 105-202-85-40 | Quartz SUPRASIL |
DNA lobind tubes | Eppendorf | 30108051 | |
Eppendorf Biospectrometer | Eppendorf | 6135000904 | |
Eppendorf ThermoMixer C | Eppendorf | 5382000015 | |
Ficoll 400 | Thermo Fisher Scientific | BP525-10 | Polysucrose 400 (For agarorose gel loading buffer) |
Gel electrophoresis sets | Thermo Fisher Scientific | ||
Gel imager | Bio-Rad | Gel Doc XR+ System | |
HAuCl4•3H2O | Alfa Aesar | AA3640006 | 99.99% |
HCl | Scharlau | AC07441000 | 1M |
Hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB) | Sigma-Aldrich | H9151-100 | BioXtra, 98+% |
L(+)-ascorbic acid | Acros Organics | 401471000 | 99+% |
M13p7560 scaffold strand | Tilibit nanosystems | ||
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 buffer (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 | Biomers.net | ||
Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP-HCl) | Thermo Fisher Scientific | PI20491 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 16500-100 | |
Ultrapure water (Type 1) | Milli-Q Direct 8 system | ||
Uranyl Formate | Tebu-bio | 24762-1 | |
White light transilluminator | UVP | TW-26 |