Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

DNA אוריגמי-תיווך המצע Nanopatterning של מבנים אורגניים עבור יישומים חישה

Published: September 27, 2019 doi: 10.3791/60313
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 3, 1,4, 1,4
1Biohybrid Materials, Department of Bioproducts and Biosystems, Aalto University, 2University of Jyväskylä, Nanoscience Center, Department of Biological and Environmental Science, University of Jyväskylä, 3University of Jyväskylä, Nanoscience Center, Department of Physics, University of Jyväskylä, 4HYBER Center of Excellence, Department of Applied Physics, Aalto University

Summary

כאן, אנו מתארים פרוטוקול ליצור ננו מבנים אורגניים בדידים ומדויקים על מצעים באמצעות צורות DNA אוריגמי כמו תבניות המנחה. השיטה מוכחת על ידי יצירת אנטנות זהב בצורת עניבת הפלסטיק על מצע שקוף (ספיר).

Abstract

ננוטכנולוגיית דנ א מבנית מספקת מסלול בר קיימא לבנייה מלמטה-up באמצעות DNA כחומר בנייה. הטכניקה השכיחה ביותר של ה-DNA nanofabrication נקרא DNA אוריגמי, וזה מאפשר סינתזה תפוקה גבוהה של מבנים מדויקים מאוד תכליתי עם דיוק ברמת nanמטר. כאן, זה מראה איך את המידע המרחבי של אוריגמי DNA ניתן להעביר מבנים ננומתכתיים על ידי שילוב התחתון-up אוריגמי origami עם מקובל בשימוש מלמעלה-למטה גישות הליטוגרפיה. זה מאפשר הייצור של מיליארדי מבנים ננו זעירים בשלב אחד אל מצעים נבחרים. השיטה מומחש באמצעות בקשת DNA אוריגמי ליצור מבני מתכת בצורת עניבת מבנים אנטנה על הסיליקון ניטריד או מצעים ספיר. השיטה מסתמכת על הצמיחה סלקטיבי של שכבת תחמוצת הסיליקון על גבי מצע התצהיר אוריגמי, ובכך וכתוצאה מכך מסכה לאחר צעדים ליטוגרפיים. אלה משטחים מצוידים ננו מבנה יכול להיות בשימוש נוסף כחיישנים מולקולריים (g., משטח משופר ספקטרוסקופיית (SERS)) וביישומים אופטיים שונים בטווח אורך הגל הנראה בשל גודל התכונות הקטנות (sub-10 ננומטר). ניתן להרחיב את הטכניקה לחומרים אחרים באמצעות שינויים מתודולוגיים; לפיכך, המשטחים הפעילים הנובעים ממנו עשויים למצוא שימוש בפיתוח של מטאמיטים ופרצופים מטאסליים.

Introduction

ננוטכנולוגיית דנ א מבנית התפתחה במהירות במהלך העשור האחרון1,2, ואת הפיתוח המשפיע ביותר בתחום יש ללא ספק ההמצאה של3dna אוריגמי 3,4. טכניקת ה-DNA אוריגמי מאפשר הייצור של כמעט כל ננוצורה עם תכונות מבניות מדויקות3,4. שיטה רבת עוצמה זו יכולה לשמש (sub) ננו-הסדר מרחבית מדויק עיגון של ננו אובייקטים אחרים, כגון צינוריות פחמן5, חלקיקי מתכת6,7,8, 9, אנזימים/חלבונים10,11,12,13 וחומרים טיפוליים14,15,16,17 . חשוב מכך, מבנים אלה אינם רק סטטי, אבל הם יכולים גם להיות מתוכנתים לפעול באופן דינאמי18,19. אינספור היישומים של ה-DNA אוריגמי טווח משלוח תרופות20,21,22 לאלקטרוניקה מולקולרית/פלאמונניקס5,23,24, 25 וממדעי החומרים26,27 עד טכניקות הדמיה וכיול הרומן28.

מלבד היישומים שהוזכרו לעיל, את הרזולוציה המרחבית הקיצונית של צורות ה-DNA אוריגמי ניתן לרתום ב nanopatterning ועדין ליתוגרפיה ננו בקנה מידה של29,30. פרוטוקול זה מתאר שיטת ליתוגרפיה ליצירת ננו מבנים אורגניים ומדויקים על מצעים באמצעות תבניות DNA אוריגמי. תבניות אלה יכולות להיות מיוצרות ביעילות בצורות שונות ובכמויות גדולות31, והופקד מאמץ על מצעים נבחרים בקשקשים גדולים32. מאפיינים אלה מאפשרים ייצור מקביל במיוחד של מיליארדי מבני ננו בשלב אחד בניגוד לשימוש נפוץ, אך איטי ליתוגרפיה של קרן אלקטרון או אחרים סריקה מבוסס על שיטות nanofabrication.

להלן, תהליך הייצור הוא הפגין על ידי יצירת מבנים בצורת עניבת הזהב בצורה על סיליקון ניטריד ומצעים ספיר; במילים אחרות, המידע המרחבי של אוריגמי ה-DNA מועבר מבנים ננו מתכתיים לחלוטין. כפי שנדונה כאן, הטכניקה אינה מוגבלת המבנה שנבחרו DNA הקשת אוריגמי מבנה מאז השיטה מאפשרת שימוש כמעט כל הצורה אוריגמי DNA. יתר על כן, עם שינויים שיטתי, הטכניקה ניתן להרחיב מתכות שונות ומצעים שונים סלילת הדרך לכיוון הייצור של מטאסאורפנים33.

המשטחים בדוגמת עם הייצור DNA אוריגמי בתיווך עשוי לשמש חיישנים תכליתי; לדוגמה, ניתן להשתמש בהם באמצעות ספקטרוסקופיה מוגברת לפני השטח (SERS). כתוצאה מהמימדים הקטנים של הצורות הננו הבודדות, המשטחים שנוצרו עשויים למצוא שימושים ביישומים אופטיים ופלמונית בטווח אורך הגל הנראה.

Protocol

1. עיצוב של אוריגמי DNA

הערה: בפרוטוקול זה, תהליך nanopatterning מתואר באמצעות דו מימדי (2D) בקשת אוריגמי מבנה ה-DNA (איור 1)34. כדי לעצב צורה חדשה DNA אוריגמי, בצע את ההנחיות הבאות:

  1. עצב את הצורה הרצויה ואת רצפי הגדיל הנדרש העיקרי של אוריגמי ב-DNA באמצעות caDNAno35. כדי לייצר שטוח, חד שכבה אוריגמי, להעסיק את האופציה סריג מרובע של caDNAno ולהתאים באופן ידני את מרווח מוצלב על ידי דילוג על בסיסים מסוימים בעיצוב (ראה איור 1 ואת הקובץ cadnano משלים) כדי להסיר את טוויסט מבניים וכתוצאה מכך מתוך סריג מרובע אריזה36,37.
  2. הארך את קצות הסליל DNA עם קווצות המכילות פולי-T (8 nt) מוגזם; פעולה זו תמנע מלטימפיקציה של האובייקטים באמצעות אינטראקציות בסיס בסיסי בערימה (איור 1 וקובץ cadnano משלים).
  3. הפעל אנליזה חישובית של העיצוב. כדי38,39 ניתן להשתמש כדי לחזות את הצורה תלת מימדי (3d) קשיחות מבנית של אוריגמי DNA. ניתן גם כלי שימושי כדי לחזר את מספר הדילוג בסיס הדרושים תיקון טוויסט להתאים את העיצוב בהתאם.
  4. ב caDNAno, לבחור את אורך הגרדום המועדף וליצור גדילי הידוק הדרושים לקפל את המבנה. עבור מבנה עניבת הקשת, 7249 nt ארוך M13mp18 הגרדום ו 205 קווצות הידוק ייחודי משמשים (לראות את הקובץ caDNAno משלים).
    הערה: ישנם גם כלים חישוביים אחרים הזמינים לעיצוב מבנים DNA אוריגמי40,41,42,43. בהתאם לכלי/תוכנה שנבחרו, כלי הדמיה אחרים עשויים לשמש גם43,44.

2. הרכבת של דנ א אוריגמי

  1. להפוך את המניה של קווצות הידוק על ידי ערבוב כמויות שוות של כל מחלת המין הדרושים עבור מבנה עניבת הקשת (בסך הכל 205 סיכות)34. מחלת האוליונואז צריכה להיות לכולם את אותו הריכוז הראשוני (למשל, 100 μM ב-RNase מים חופשיים).
  2. להכין את ה-DNA אוריגמי התגובה מתקפלים תערובת ב 100 μL כמויות בצינור 0.2 mL PCR על ידי ערבוב 20 μL של M13mp18 לגרדום (סוג p7249, ב 100 nM), 40 μL של פתרון מלאי הידוק, שבו כל סטרנד הוא ב 500 nM (אשר תשואות ~ 10x טוחנת עודף של סיכות לעומת לפיגום) ו-40 μL של מאגר קיפול 2.5 x (FOB). פוב מכיל את מאגר החומצה האצטית טריס-אצטט (טה) שיושלם עם MgCl2. ראה טבלה 1 עבור ריכוזי רכיב FOB.
  3. אנאל תערובת התגובה בציקלהטרמאור מ-90 ° c עד 27 ° c. השתמש בשיפוע הקיפול התרמי המוצג בטבלה 2.

3. טיהור של ה-DNA אוריגמי

הערה: הכמות העודפת של קווצות הידוק ניתן להסיר מהפתרון אוריגמי ב-DNA באמצעות שיטת הטיהור שאינה הרסנית (האתילן גליקול) (יתד). הפרוטוקול מותאם מסטל ואח '.45.

  1. לדלל 200 μL של התאספו מבנים DNA אוריגמי עם 600 μL של 1x FOB (לראות את הטבלה 1) כדי לקבל נפח התחלתי של 800 μl.
  2. לערבב את ה-DNA מדולל אוריגמי פתרון 1:1 עם 800 μL של מאגר משקעים של יתד (15% פג 8000 (w/v), 1x טאה, 505 mM הנאל) ולערבב ביסודיות על ידי ליטוף הלוך ושוב.
  3. צנטריפוגה את התערובת עבור 30 דקות ב 14,000 x g וטמפרטורת החדר.
  4. הסר בזהירות את הסופרנטנט באמצעות פיפטה.
  5. להוסיף 200 μL של FOB 1x ולערבב בעדינות על ידי ליטוף. כמות שונה של 1x FOB ניתן גם להוסיף כדי לקבל את הצורך בריכוז אוריגמי ד. נ. א.
  6. כדי לפזר מחדש את מבנה ה-DNA אוריגמי (גלולה שקופה קטנה בחלק התחתון של הצינור), הדגירה של מבנים DNA מטוהרים אוריגמי לילה בטמפרטורת החדר.
  7. הערכת ה-DNA אוריגמי ריכוז לאחר יתד לטיהור על ידי מדידת ספיגת באורך הגל של 260 ננומטר באמצעות UV/Vis ספקטרוסקופיה. השתמש בחוק בירה-למברט ומקדם השמדה של 1.1 ∙ 108m -1 ס מ-1 עבור החישוב6. אופייני DNA אוריגמי ריכוז לאחר הטיהור יתד הוא 15-20 nM.
  8. לאחסן את יתד מטוהרים DNA אוריגמי מבנים ב 4 ° c. מבנים DNA אוריגמי הם בדרך כלל יציבים במשך חודשים כל כך הרבה כמויות גדולות של מלאי יכול להיות מוכן לשימוש מאוחר יותר.
    הערה: כמות עודפת של קווצות הידוק ניתן גם להסיר באמצעות טכניקות טיהור אחרות46, כגון ספין-סינון47, rate סונאל צנטריפוגה48 ו agarose ג'ל החילוץ49. מבנים DNA אוריגמי הם יציבים במגוון של פתרונות מאגר50, ובמידת הצורך, בינונית אחסון ניתן לשנות לאחר הטיהור יתד דרך סינון ספין51.

4. אלקטרופורזה בג ג'ל

הערה: האיכות של קיפול והסרת קווצות הידוק עודף ניתן לאמת באמצעות אלקטרופורזה ג'ל ג ' אגקם.

  1. להכין את ~ 2% (w/v) agarose ג'ל על ידי הוספת 1 גרם של agarose ו 45 mL של 1x טאה לבקבוקון Erlenmeyer אייר. מחממים את התערובת במיקרוגל עד שהאגקם מומס לחלוטין, ומיוצר פתרון ברור.
  2. לצנן את הפתרון תחת מים זורמים עד שהבקבוקון יהיה נוח לגעת (50-60 ° c).
  3. הוסף 5 מ מ של 110 mM MgCl2 ו 40 μl של אתידיום ברומיד פתרון (0.58 mg mL-1) לפתרון ולטלטל את התערובת בעדינות.
    התראה: אתידיום ברומיד הוא גורם מסרטן פוטנציאלי ויש לטפל בו בזהירות.
  4. הגדר את מגש הליהוק ג'ל ויוצקים את הנוזל הנוזלי לתוך מגש הליהוק. תנו לג לגבש את טמפרטורת החדר לפחות 30 דקות.
  5. הסירו את הג ממגש הליהוק והניחו אותו לתוך תא אלקטרופורזה ג'ל. למלא את התא עם מאגר ריצה (1x טאה עם 11 מ"מ MgCl2).
  6. הוסף 1 μL של 6x ג'ל טעינת צבע לכל 5 μL של פתרון לדוגמה ומערבבים ביסודיות. טען את הדגימות על ידי ליטוף בזהירות את הכמות הרצויה של פתרונות לדוגמה לתוך כיסים נפרדים ג'ל.
  7. הפעל את ג'ל agarose במתח קבוע של 95 V עבור 45 דקות. לשמור את התא אלקטרופורזה ג'ל על אמבט קרח לרוץ כדי למנוע נזק לחום ג'ל.
  8. להמחיש את ג'ל תחת אור אולטרה סגול באמצעות מערכת הדמיה ג'ל (איור 2א).

5.הכנתמצע (איור 3א)

הערה: השלבים הבאים מתבצעים בתוך חדר נקי, למעט הצמיחה של SiO2 (שלב 9). הצעדים ניקוי ניתן גם להחליף עם התקן פיראנה-פתרון מבוסס ניקוי אם תהליך זה אינו מספיק כדי להסיר את כל שאריות מן המצע.

  1. גזור 7 מ"מ x 7 מ"מ צ'יפס מפרוסת וופל לשימוש כמצע. עבור החטא, להשתמש מסור סיליקון, עט חותך יהלום או יישום דומה. Dicing ספיר (אל2O3) ידרוש כלי מיוחד או לראות להב. גודל השבב לא צריך להיות מדויק.
  2. . מנקה את האסימונים
    1. לטבול את האסימונים לקוביות בזכוכית עם אצטון חם (אצטון מחומם ל 52 ° c) ולשמור אותם מחוממים לפחות 15 דקות. בהתאם לניקיון ההתחלתי של המצע, ייתכן שיהיה צורך בזמן ארוך יותר.
    2. בעוד הם עדיין באמבט אצטון חם, לשפשף בעדינות את האסימונים עם מגבת כותנה כדי להסיר מכנית כל סרט שאריות.
    3. באמצעות מלקחיים, להרים את האסימונים מתוך אצטון חם ולהשתמש בקבוק לשטוף לשטוף אותם עם הטמפרטורה בחדר אצטון.
    4. לטבול את האסימונים בזכוכית עם איזופנול ו ultrasonicate עבור 2 דקות.
    5. מרימים את האסימונים מהאיזופנול בעזרת מלקחיים ומייבשים אותם מייד וביסודיות בעזרת זרימת חנקן. רק לגעת ולהחזיק את הצדדים והקצוות של האסימונים, כאשר האזורים המכוסים על ידי הפינצטה לא יתייבש כראוי, השארת שאריות פוטנציאלי וזיהומים אחרים על אזורי קשר. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, השתמש בזרימה גבוהה ככל האפשר והחזק את משטחי השבב במקביל לכיוון הזרימה.
  3. אחסן את האסימונים במיכל מכוסה בתוך החדר הנקי לשימוש מאוחר יותר.

6. פלזמה משופרת התצהיר אדי כימי (הפקלב) של שכבת סיליקון אמורפית (a-Si) שכבה (איור 3ב)

  1. הניחו את האסימונים בתוך הציוד של הפקב.
  2. להגדיר את הפרמטרים התצהיר לצמוח בערך 50 ננומטר של סיליקון אמורפיים (א-סי). ההגדרות המדויקות משתנות לפי מודל הציוד והכיול. ראה טבלה 3 עבור הפרמטרים הנמצאים בשימוש כאן. הפעל את תוכנית התצהיר של א-סי כדי להגדיל את השכבה.
  3. לאחר העיבוד, אחסן את האסימונים במיכל מכוסה בתנאי חדר נקיים סטנדרטיים.

7. הטיפול בפלזמה החמצן של שכבת א-סי (איור 3ב')

הערה: שלב זה יגרום למשטח המצע שלילי במקצת והידרופיפילית, כך שמבני ה-DNA אוריגמי יכולים להיות מאוחר יותר ביעילות נספחת על פני השטח בעזרת יוני מגנזיום נוספים.

  1. מניחים את האסימונים לתוך ציוד החריטה של היונים התגובתית (RIE).
  2. הגדר את פרמטרי החריטה כדי ליצור פלזמה חמצן. שוב, הגדרות מדויקות משתנות לפי מודל הציוד והכיול. ראה טבלה 3 עבור הפרמטרים הנמצאים בשימוש כאן. תריץ את התוכנית לטיפול. בפלסמה חמצן
  3. המשך לשלב הבא מיד כאשר השפעות הטיפול יתדרדר במהירות. בדרך כלל, מצעים יש להשתמש בתוך 30 דקות הבאות לאחר הטיפול פלזמה.

8. התצהיר של אוריגמי DNA (איור 3ג)

  1. להכין תערובת דנ א אוריגמי עבור התצהיר על ידי ערבוב 5 μL של הפתרון המקופל/מטוהרים DNA אוריגמי (~ 20 ננומטר) עם 4 μL של 1 x FOB ו-1 μL של 1X MgCl2. הפתרון כתוצאה מכך מכיל ~ 10 DNA ננומטר אוריגמי בערך 100 mM של Mg2 +.
  2. הפקדה 10 μL של התערובת אוריגמי ה-DNA על שבב פלזמה מטופל חמצן ו דגירה מכוסה 5 דקות בטמפרטורת החדר. כיסוי מונע ייבוש לא מכוון ומסייע בהסרת מלח חיצוני ומבני DNA אוריגמי מאוחר יותר.
  3. לאחר הדגירה, לשטוף את פני השטח על ידי ליטוף הראשון 100 μL של מים מזוקקים (למשל, מילי q) על השבב. שטפו את המים הלוך ושוב מספר פעמים עם הפיפטה, תוך הימנעות מנגיעה במרכז השבב. מוציאים את רוב המים מהמשטח עם הפיפטה. זה גורם רק אוריגמי נספחת כראוי להישאר על פני השטח.
  4. חזור על מחזור כביסה זה (שלבים 8.3) 3 עד 4 פעמים.
  5. לאחר כביסה, לייבש את הדגימה מיד עם זרימת חנקן. עשה זאת באותה דרך כמו ייבוש הכנת המצע (שלב 5). חשוב לייבש את המדגם ביסודיות ככל האפשר.
    הערה: הצפיפות של מבנים הופקד ולכן צפיפות הננו מתכת ניתן לשנות על ידי התאמת ריכוז של אוריגמי DNA ו-Mg2 + בפתרון התצהיר. גבוה Mg2 + ריכוז משפר את ה-DNA אוריגמי הדבקה ובכך מגביר את הצפיפות, אבל זה יהיה בסופו של דבר גם לגרום לאגלושית של מבני ה-dna אוריגמי. כך, בעיקר את הריכוז אוריגמי DNA צריך להיות מותאם הראשון.

9. צמיחה של מסכה2 (איור 3D)

הערה: ניתן לבצע שלב זה מחוץ לחדר הנקי. הגירסה הבאה תניב תבנית בגוונים שליליים, אך ניתן לשנות את התהליך כדי להניב תבנית של צלילים חיוביים במקום זאת. התהליך הצמיחה SiO2 מותאם מתוך surwade et al.52, שפותחה עוד על ידי המחברים53, ולבסוף אופטימיזציה עבור פרוטוקול זה.

  1. קח את desiccator החותם (1.5 L), צלחת פטרי המתאימה בתוך הdesiccator (אופציונלי) וצלחת מחורר שיכולה לתפקד כפלטפורמה בתוך הdesiccator.
  2. קח 100 g של סיליקה ג'ל ולערבב אותו עם 30 גרם של מים מזוקקים בצלחת פטרי או ישירות desiccator. בצע את השלב הזה רצוי לפחות 24 שעות מראש כדי לאפשר את סיליקה ג'ל לייצב.
    הערה: זה משמש כדי לשלוט על הלחות בתוך desiccator ולכן גם את שיעור הצמיחה ואת המבנה של הסרט SiO2 . לחות גבוהה יותר גורמת לקצב גבוה יותר ומבנה גס. לחילופין, סיליקה ג'ל ניתן לרפא בחדר בדיקה אקלימיים.
  3. מניחים את סיליקה ג'ל בdesiccator ומפרידים אותו עם הצלחת מחורר.
  4. הצב את האסימונים עם נספחת אוריגמי origami כמו גם בקבוקון פתוח של (טרי) 10 מ ל של הטטרתיל אורתוסיליקט (teos) ועוד בקבוקון של 10 מ ל של 25% אמוניום הידרוקסיד (NH4או) ב desiccator, על הפלטפורמה מחורר. הגדר את הבקבוקונים בסמוך ובצדדים מנוגדים של הדגימות. רצוי להשתמש בבקבוק שעם או במעמד שטוח דומה כדי להעלות מעט את האסימונים מהפלטפורמה.
    התראה: הן NH4הו ו-teos מזיקים במקרה של מגע העור ואדים שלהם יכול לגרום לגירוי הן בעיניים והן באברי הנשימה. השתמשו באזור מאוורר היטב ולבשו כפפות מגן, הגנה מפני העיניים וביגוד מגן.
  5. אטום את החדר והדגירה. למשך 20 שעות בטמפרטורת החדר זה יהיה להגדיל את הסרט SiO2 על האזורים שבהם מבנים אוריגמי dna אינם ממוקמים, יצירת 10-20 ננומטר מסכה מעוצבת עם בצורת בחורים dna אוריגמי (איור 4).
  6. הסר את הדגימות מהתא לאחר הדגירה. אחסן במיכל מכוסה. ניתן להשהות את העיבוד כאן. להיפטר TEOS המשמש ו-NH4הו. את האצווה של סיליקה ג'ל ניתן להשתמש 2-3 פעמים אם הוא נשמר אטום בתוך desiccator בין שימושים שימוש בתוך 2-3 שבועות.

10. איכול ראאקטיבי (RIE) של SiO2 ו-Si (איור 3E)

  1. מניחים את האסימונים לתוך ציוד החריטה של היונים התגובתית (RIE).
  2. להגדיר את הפרמטרים החריטה כדי לחרוט רק 2-5 ננומטר של SiO2 כדי לחשוף את שכבת א-סי מתחת לחורים ב-sio2 מסכה. יש לקבוע את ההגדרות המדויקות לציוד הפרטני. הפרמטרים המשמשים כאן מוצגים בטבלה 3. הפעל את תוכנתתחריט פלזמה של אנאיזוטרופי SiO.
  3. הגדר את פרמטרי החריטה לחדור דרך שכבת 50 ננומטר א-סי. הפרמטרים המשמשים כאן מוצגים שוב בטבלה 3. הפעל את תוכנית תחריט הפלזמה איזוטרופי a-סי.
  4. הסר דגימות מהציוד והחנויות של RIE. העיבוד יכול להיות שוב מושעה כאן.

11. הפקדת אדים פיזיים (PVD) של מתכות (איור 3F)

  1. טען את האסימונים לתוך חדר האידוי של הכלי PVD.
  2. בחר מתכת יעד. ראשית, בחר מתכת דבק. כאן, 2 ננומטר של כרום (Cr) משמש.
  3. הגדרת תוכנית בקרת עובי עבור חומר ועובי היעד. שיטת הבקרה תלויה בכלי. כאן, נעשה שימוש במיקרו-איזון גביש קוורץ (QCM). עובי נמדד מותאם על ידי צפיפות החומר היעד Z-factor והוא צריך לתקן על ידי גורם הנוסע הקבוע החשוד כי הוא ספציפי עבור המכשיר ואת כל חומר היעד.
  4. הפעל את קרן האלקטרונים, ליישר את הקרן ליעד ולהגדיל את הקרן הנוכחית עד שיעור התצהיר של 0.05 ננומטר/s הוא הגיע. התאדה עד לעובי הסופי של 2 ננומטר.
  5. בחר מתכת היעד השני (למשל זהב) מבלי לרוקן את החדר או לקטוע את התהליך. הפסקות או אוורור יאפשר מתכת דבק להתחיל אוקסיגון ולהקטין את השימושיות שלה כמו דבק.
  6. חזור על שלבים 11.3 עד 11.4. התנדפים עד ל-20 ננומטר. זה יהיה ליצור מבנה דנ א אוריגמי בצורת מתכת דרך החורים SiO2 מסכה עם גובה כולל של 22 ננומטר.
  7. . פרוק את החדר והסירי דגימות
  8. ניתן להשהות את העיבוד כאן אם הדגימות נשמרות מכוסות.

12. להמריא עם חומצה הידרופלואורומית (HF) (איור 3גר')

  1. יוצקים 50% מבוססי HF הפתרון etchant במיכל פלסטיק מתאים. HCl לא צריך לשמש לתערובת, מאז HCl יהיה לחרוט את Cr במדגם.
    התראה: HF הוא מאוד מאכל, גורם לגירוי חמור וכוויות והוא עלול להיות קטלני על מגע העור או אם שאפה. השתמש ב-HF רק ב מאוורר ייעודי או ספסל רטוב עם סינר מגן, כפפות עמידים מגן הפנים, או הגנה כימית מלאה אחרת.
  2. לטבול את הדגימות ב-etchant מבוססי HF ולערבב בעדינות עם פינצטה פלסטיק.
  3. חכו השכבה2 לחרוט לחלוטין את שכבת המתכת לנתק. הזמן ישתנה באופן ניכר בהתאם לצפיפות חורי המסיכה. מספר גדול יותר של חורים יתרגם לחריטה מהירה יותר. אם שכבת המתכת קשה לקלף ממנו, ניתן להשתמש בultrasonication קצרה עבור 5 עד 10 s.
  4. לאחר שסרט המטאל מתנתק, שטוף את הדגימות במים מזוקקים כפולים ואיזופנול.
  5. לאחר השטיפה, יבש את דגימות עם זרימת חנקן באותו אופן כפי שהורו על הכנת המצע (שלב 5). הימנע הקשר מלקחיים עם מרכז השבבים, כמו זה עלול להרוס את הננו מבנים שנוצרו.
    הערה: ניתן לאחסן דגימות ולעבד מושהה כאן.

13. RIE של הנותרים א-סי (איור 3שעות)

  1. מניחים את האסימונים לתוך ציוד החריטה של היונים התגובתית (RIE).
  2. הגדר את פרמטרי התחריט להסרה יסודית של כל 50 ננומטר של א-סי. הפרמטרים יכולים להיות זהים כמו בשלב 10, אבל זמן תחריט מעט ארוך יותר (40 s) יכול לשמש כדי להבטיח הסרה של כל א-סי. ראה טבלה 3 עבור הפרמטרים הנמצאים בשימוש כאן.  הפעל את תוכנית התחריט הפלסמה איזוטרופי a-סי כדי להסיר את הנותרים א-סי.
  3. הסר דגימות מהציוד והחנויות של RIE. פעולה זו תגרום לסיום עיבוד לדוגמה.

14. מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM)

הערה: מיקרוסקופ כוח אטומי וסריקת מיקרוסקופ אלקטרוני ניתן לנטר את הצלחת הצמיחה של הסרט ואת המבנה, כמו גם מבנים מקופלים DNA אוריגמי מבנה (איור 2ב, ג). ניתן לדלג על שלב ההכנה לדוגמה שלהלן אם דוגמאות מעובדות משלבים 5-13 מתמונות.

  1. הכנה לדוגמא ל-AFM
    1. כדי לצלם את ה-DNA אוריגמי מקופל, לקחת שבב של מצע נציץ.
    2. חברו את שבב נציץ לתוך שקופית זכוכית מיקרוסקופ באמצעות דבק.
    3. להכין 10 μL של אוריגמי פתרון ה-DNA על ידי לדלל את ~ 20 ננומטר DNA אוריגמי מלאי 50 פעמים ב-1x FOB לריכוז של כ 0.4 nM. הדילול מבוצע על מנת למנוע צפיפות יתר של המצע.
    4. לקלף את השכבה העליונה של הסדין נציץ עם הקלטת חלשה כדי לקבל משטח מבושל טרי, טעונה.
    5. הפקדה את פתרון ה-DNA מדולל אוריגמי על מנציץ טרי ומודלת את המדגם מכוסה 1 דקות בטמפרטורת החדר.
    6. לאחר דגירה, לשטוף את פני 3-4 פעמים עם 100 μL של מים מזוקקים באמצעות פיפטה. זה גורם רק אוריגמי נספחת כראוי להישאר על פני השטח.
    7. הפקדה 100 μL של מים מזוקקים על משטח נציץ.
    8. הטיה וטפיחה חדה על שקופית המיקרוסקופ על השולחן כדי לנתק את רוב המים.
    9. חזור על מחזור הכביסה 3-4 פעמים.
    10. יבש את המדגם ביסודיות עם זרימת חנקן מיד לאחר שטיפת. המדגם מוכן אז הדמיה AFM.
  2. מניחים את דגימות ה-DNA אוריגמי או שבבי מעובד AFM ולבצע סריקות. גודל הסריקה של 1-10 יקרומטר מתאים לפתרון תקין של המבנים.

15. סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM)

  1. הציבו את הדגימות ב-SEM. ניתן להשתמש בשבבים המעובדים כפי שהם (אין צורך בהכנה לדוגמה נוספת).
  2. בחר את מתח ההאצה. השתמש מתח נמוך (5-10 kV) כדי להפחית את השפעות הטעינה מאז המצע לדוגמה (אל2O3 או החטא) הוא מבודד.
  3. . תסרוק כל תחומי עניין מזער את זמני הסריקה כדי להפחית את הטעינה כדי למנוע הפקדת הזיהום.

Representative Results

דמות סכמטית של העיצוב הקשת אוריגמי origami ופרטים מבניים שלה מוצגים באיור 1. Agarose ג'ל אלקטרופורזה AFM משמשים כדי לנתח את קיפול ה-DNA אוריגמי ואת איכות הטיהור של יתד (איור 2). זרימת התהליך של הצעדים ננוליתוגרפיה מוצג באיור 3. מייצגים של תמונות AFM לאחר הצמיחה SiO2 מסכה מוצגים באיור 4 (שלב זה מתואר באיור 3ד), בעוד שתמונות SEM של הננו מתכת הסופי ניתן לראות באיור 5 (שלב זה מתואר ב איור 3ח). איור 6 מדגים את הפונקציונליות האופטית של מבני ננו מתכתי התבנית על ידי ה-DNA לעניבת הקשת אוריגמי.

מאגר מתקפל (FOB) ריכוזי רכיבים [mM]
טריס חומצה אצטית סינתטית אדטה מגנזיום כלוריד pH
2.5 x FOB 100 47.5 2.5 31.25 ~ 8, 3
1x FOB 40 19 1 12.5 ~ 8, 3

טבלה 1: הרכב של מאגר מתקפל (FOB).

טווח טמפרטורות [oC] מקצב קירור
90-70 -0.2 ° צ'/8 s
70-60 -0.1 ° צ'/8 s
60-27 -0.1 ° צ'/2 s
12 המתן עד שייעצר

שולחן 2: השיפוע התרמי עבור קיפול אוריגמי עניבת. לאחר הריפוי, אוריגמי יהיה מאוחסן 12 oC עד התוכנית היא נעצרה באופן ידני.

הפרמטרים של הספרייה
גז תזרים גז [sccm] לחץ קאמרי [mTorr] כוח RF [W] טמפ ' [oC] משך [s]
בעלי הגוון של א-סי 5% SiH4 ב N2 500 1000 15 250 90
O2 טיפול פלזמה מיכלהשני 50 40 200 30 1200
RIE של SiO2 המשך3 25
Ar 25 30 100 25 10-22
RIE של א-סי מיכלהשני 8
מיכל ה, SF6 100 90 50 30 35
RIE של הנותרים-Si מיכלהשני 8
מיכל ה, SF6 100 90 50 30 35-40

שולחן 3: הליך הפרמטרים של התצהיר של אדי כימיקלים משופרים פלזמה (פקאנטי) וחריטה של היונים התגובתית (RIE). פרמטרי התהליך עבור התקנים אלה הם ספציפיים למכשירים בודדים וייתכן שיהיה צורך להתאים אותם בעת השימוש בהם.

Figure 1
איור 1: עיצוב של אוריגמי הקשת בעניבת-DNA. (א) ייצוג סכמטי של עיצוב הקשת אוריגמי שבו מבנה הליבה מוצג כהטיות כפולות ו-polyt-overhangs מתוארים כמו קווים גליים. (ב) צילום מסך של חלק של עיצוב בקשת אוריגמי בתוכנה cadnano. הצלבים האדומים מציינות את זוג הבסיס מדלג על תיקון טוויסט, ו-T8-overhangs מתווספים כדי למנוע קהה-end בסיס בערימה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: אפיון המבנה של הקשת בעניבת DNA אוריגמי. (א) אגנה ג'ל אלקטרופורזה של מבנה עניבת הקשת לפני ואחרי פולי (אתילן גליקול) (פג) טיהור. 7249 נוקלאוטידים לגרדום ארוך משמש כהפניה. (ב) הדימוי של מיקרוסקופ כוח אטומי (afm) של המבנים עניבת הקשת לפני הטיהור. (ג) afm תמונה של מבנים עניבת הקשת לאחר הטיהור של יתד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: הערכה של זרימת תהליך הייצור (הממדים אינם בקנה מידה). (א) לקוביות ולנקות את המצע. (ב) הפקדת שכבת א-סי על-ידי הפקדת אדי כימית משופרת באמצעות פלזמה (פקלב). * ניתן להשתמש בשכבת הקרבה נוספת תחת א-סי כדי לאפשר ההמראה באמצעות etchant שאינו HF. (ג) לטפל משטח לדוגמה עם O2 פלזמה והפקדה DNA אוריגמי על זה. (ד) לגדל את מסיכת SiO2 ב desiccator. (ה) לחרוט שכבה דקה של SiO2 ודרך הא-סי מתחתיו על ידי תחריט יונים תגובתי (RIE). (ו) הפקדה מתכת דרך המסכה על ידי התצהיר אדים פיזיים (pvd). (G) להרים-OFF עם HF. (H) להסיר את הנותרים a-Si על ידי RIE. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4

איור 4: תמונות afm הנציג של הסרט SiO2 עם דפוס בצורת אוריגמי DNA. (A) 10 יקרומטר x 10 יקרומטר שטח סריקה מדגים את התשואה הגבוהה של היווצרות תבנית. (ב) קרוב יותר 3 יקרומטר x 3 יקרומטר סריקה מראה דפוסים בודדים מדויקים בסרט SiO2 . אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 5
איור 5: הנציג סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM) תמונות של ננו מבנים מתכתיים בתבנית עם אוריגמי שונים מבנית DNA. (A) בצורת צלב DNA אוריגמי, כלומר, מה שנקרא אריחי seeman אוריגמי54. (ב) אנטנות לעניבות. (ג) מבנה כפול-L (cdl). Insets להראות מבנים בודדים עם גדלי תיבות של 150 ננומטר x 150 nm. התשואה הייצור של מבנים מדויקים הוא עד 76% עבור אוריגמי עניבת הקשת ו ~ 50% עבור מבנים אחרים המוצגים כאן34. נתון זה הותאם והשתנה מ שן ואח '.34. הדמות מופצת באישורו של המחברים ופרסמה האגודה האמריקנית לקידום המדע, 2018. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 6
איור 6: תכונות של מייצגים אופטיים/פונקציונליים של מבני ננו וכתוצאה מכך. (A) מותאם לפני השטח מקומי תהודה (lspr) מדידות של מבנה הקשת זהב בודדים עם קיטוב שונים (צבעמקודדכמו כתום וכחול). הקווים המוצקים הם ספקטרום נמדד והקווים המקווקו הם תוצאות הדמיה. מערכות insets מציגות את תמונת ה-SEM של החלקיק הנמדד (משמאל) ואת המודל המשמש להדמיה (מימין). (ב) משופר המשטח ספקטרוסקופיית (מנתחי) של rhodamine 6g ו 2, 2-bipyridine נמדד על פני השטח מכוסה מבנים ננוtie הקשת. קו הבסיס של כל מדגם מציג את רמת האות כאשר הננו-מבנים נעדרו. נתון זה הותאם והשתנה מ שן ואח '.34. הדמות מופצת באישורו של המחברים ופרסמה האגודה האמריקנית לקידום המדע, 2018. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Supplemental File 1
משלים קובץ 1: הקובץ CaDNAno נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Supplemental File 2
משלים קובץ 2: m13mp18 רצף נא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Supplemental File 3
משלים קובץ 3: רצף סטרנד הידוק נא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.

Discussion

הפרוטוקול מספק חופש ודיוק רב בצורה של ננו מבנים המיוצרים. על ידי שינוי העיצוב של אוריגמי ה-DNA, את הצורה של מבני ננו מתכת ניתן לשלוט. הצורה הסופית והמדויקת של מבני המתכת נקבעת בנוסף על-ידי שלב הצמיחה של המסכה (שלב 9) ובמידה פחותה יותר על-ידי תחריט המסיכה (שלב 10) לא יהיה אניסוטרופי. אם זמן צמיחת המסיכה מורחב מספיק, החורים במסכה יתחילו לגדול. זה יכול לשמש כדי להשמיט את התכונות הדק ביותר של מבנים מסוימים ובקרה בגדלים הפער, כפי שמתואר שן ואח אל.34 עם משולשים מופרדים של אוריגמי עניבת הקשת (דמויות 5b). לעומת זאת, צורות רזה יכול להישמר טוב יותר על ידי קיצור זמן צמיחת תחמוצת. משמעות הדבר היא כי ניתן לכוונן את המאפיינים האופטיים המוצגים באיור 6, לא רק על ידי שינוי עיצוב אוריגמי משומשים, אלא גם על ידי כוונון הצמיחה של הסרט SiO2 .

אם עובי המסיכה משתנה באופן משמעותי, השינוי חייב להיות משתקף גם בשלב SiO2 RIE. רק שכבה דקה מאוד של SiO2 צריך להיות חרוט (2-5 nm) כדי בקושי לחדור דרך חורי המסכה. זהו החלק הרגיש והמכריע ביותר של התהליך כולו. כיוון שזמן החריטה קצר ביותר, רק 10-20 s, יש לקבוע את ההגדרות המדויקות כאשר ניסיון ראשון עם ציוד חדש. זה נכון גם עבור שלב 10.4 כמו כמה SiO2 נחרט גם במהלך התחריט a-Si. מידת התחריט של SiO2 נקבעת על ידי הסלקטיביות של הפרמטרים המשמשים א-Si, הציוד ואפילו ציוד פרטני כיול. הטיפול צריך להילקח לא לחרוט את כל שכבת SiO2 במהלך שני תהליכים אלה.

צעד רגיש נוסף הוא הצמיחה של SiO2 . תהליך הגדילה תלוי הן בלחות הקאמרית והן בפעילות השוטפת של השימוש ב-TEOS. TEOS מדבר כפי שהוא הופך מים מהאוויר, גורם לו להיות פחות יעיל עם הגיל. זה יכול להתבטא כקצב צמיחה איטי באופן משמעותי, פחות שניתן לשליטה בתוך חודשים אפילו עם אחסון נאות של הכימיקל. 34 אם שכבת התוצאה של SiO2 רזה יותר מאשר מיועדת, זה יכול להצביע על בעיה עם teos ולא לחות קאמרית. בעוד לחות נמוכה יותר יכול לגרום גם שיעור צמיחה נמוכה יותר הסרט רזה, הסרט המתקבל צריך גם להיות חלק יותר מהרגיל. בינתיים שכבה גסה וגסה מצביעה לעומת בעיה בלחות גבוהה.

כמו כן, ניתן לבצע פרוטוקול זה בכל מצע אחר שנבחר באופן חופשי עם שתי דרישות: הוא חייב לסבול גם את החריטה HF (שלב 12) ואת הטמפרטורות של 200-300 ° צ' (שלב 6). ניתן להוריד את הטמפרטורה בביטחה ל 100 ° c עבור הפקונים של א-סי אם משתמשים במצע רגיש יותר, אך לא ניתן להימנע משימוש ב-HF אם הפרוטוקול מלווה בדיוק כפי שמתואר. כדי לעקוף את ה-HF, היישום של שכבת הקרבה נוספת יידרש. אם הדרישה של תחריט ה-HF מוסרת, פרוטוקול זה יהפוך לתואם למבחר רחב יותר של חומרי מצע ומתכות.

כמו פרוטוקול זה מורכב נפוץ תהליכים מיקרו ו nanofab, זה יכול להיות משולב עם מספר כלשהו של פרוטוקולים מיקרוייצור אחרים שבו בגדלים קטנים תכונות וצורות מתכת מורכבים הם הרצויים. בעתיד הקרוב, במיוחד עם באים בעלות נמוכה DNA אוריגמי הייצור המוני31, יש פוטנציאל עבור שיטה זו כדי להקל על שימוש כללי הן nanopatterning תפוקה גבוהה עבור ממשק מבוססי nanophotonics ו פלמונניקס55 .

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו היתה נתמכת על ידי האקדמיה של פינלנד (פרויקטים 286845, 308578, 303804, 267497), קרן Erkko של ג'יין ואטוס, ואת הקרן הסיגליליליוס. עבודה זו בוצעה תחת האקדמיה של פינלנד מרכזים של תוכנית מצוינות (2014-2019). אנו מכירים במתן מתקנים ותמיכה טכנית באמצעות מתקני הביוכלכלה של אוניברסיטת אלטו ומרכז OtaNano-Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC) ומרכז מירורובה נאנאטיאבריציה.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Honeywell 40289H Semiconductor grade ULSI, ≥ 99.5 %
Agarose Fisher Bioreagents 1036603 Low-EEO, multi-purpose and molecular biology grade
Ammonium hydroxide Fisher Chemical 10652251 25 % ammonia solution, Certified AR for Analysis, d = 0.91
BRANSON 5510 Branson Ultrasonic bath
Dimension Icon Bruker Atomic force microscope
Electron-beam evaporator IM-9912 Instrumentti Mattila Evaporator for PVD
Ethidium bromide Sigma Aldrich E8751 Fluorescent dye for DNA staining
Eon Microplate spectrophotometer BioTek UV/Vis spectrophotometer used for DNA origami concentration measurements
Gel Doc XR+ Documentation System BioRad Gel imaging system
Gel Loading Dye, Blue (6×) New England Biolabs B7021S Bromophenol blue-based loading dye for agarose gel electrophoresis
G-storm GS1 Thermal cycler Gene Technologies
HBR 4 IKA Heating bath
Hydrofluoric acid Honeywell 40213H Semiconductor grade, 49.5-50.5 %
Isopropanol Honeywell 40301H Semiconductor grade VLSI, ≥ 99.8 %
Magnesium chloride Sigma Aldrich M8266 Anhydrous, ≥ 98 %
Mini-Sub Cell GT Horizontal Electrophoresis System BioRad
Plasmalab 80+ PECVD Oxford Instruments PECVD system
Plasmalab 80+ RIE Oxford Instruments RIE system
Poly(ethylene glycol) Sigma Aldrich 89510 BioUltra, 8,000
PowerPac HC High-Current Power Supply BioRad
Sapphire substrate (Al2O3) University Wafer Thickness: 430 μm, Polish: DSP, Size: 50.8 mm
Sigma VP Zeiss Scanning electron microscope
Silica gel Merck 1019691000 With indicator (orange gel), granulate ~1-3 mm
Single-stranded Scaffold DNA, type p7249 Tilibit Nanosystems At 100 nM concentration
Sodium chloride Sigma Aldrich S9888 ACS reagent, ≥ 99.0 %
Staple strands (oligonucleotides) Integrated DNA Technologies Sequences can be ordered e.g. at 100 micromolar in Rnase-free water
TAE buffer (50×) pH 8.0 VWR Chemicals 444125D Electran Electrophoresis grade
Take3 micro-volume plate BioTek Used for DNA origami concentration measurements
Tetraethyl orthosilicate Sigma Aldrich 86578 ≥ 99.0 % (GC)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Seeman, N. C., Sleiman, H. F. DNA nanotechnology. Nature Reviews Materials. 3 (1), 17068 (2017).
  2. Linko, V., Dietz, H. The enabled state of DNA nanotechnology. Current Opinion in Biotechnology. 24 (4), 555-561 (2013).
  3. Rothemund, P. W. K. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440 (7082), 297-302 (2006).
  4. Hong, F., Zhang, F., Liu, Y., Yan, H. DNA Origami: Scaffolds for Creating Higher Order Structures. Chemical Reviews. 117 (20), 12584-12640 (2017).
  5. Maune, H. T., et al. Self-assembly of carbon nanotubes into two-dimensional geometries using DNA origami templates. Nature Nanotechnology. 5 (1), 61-66 (2010).
  6. Hung, A. M., et al. Large-area spatially ordered arrays of gold nanoparticles directed by lithographically confined DNA origami. Nature Nanotechnology. 5 (2), 121-126 (2010).
  7. Kuzyk, A., et al. DNA-based self-assembly of chiral plasmonic nanostructures with tailored optical response. Nature. 483 (7389), 311-314 (2012).
  8. Zhang, T., et al. 3D DNA Origami Crystals. Advanced Materials. 30 (28), 1800273 (2018).
  9. Julin, S., et al. DNA origami directed 3D nanoparticle superlattice via electrostatic assembly. Nanoscale. 11 (10), 4546-4551 (2019).
  10. Fu, J., Liu, M., Liu, Y., Yan, H. Spatially-Interactive Biomolecular Networks Organized by Nucleic Acid Nanostructures. Accounts of Chemical Research. 45 (8), 1215-1226 (2012).
  11. Linko, V., et al. DNA-based enzyme reactors and systems. Nanomaterials. 6 (8), 139 (2015).
  12. Ramakrishnan, S., Subramaniam, S., Stewart, A. F., Grundmeier, G., Keller, A. Regular Nanoscale Protein Patterns via Directed Adsorption through Self-Assembled DNA Origami Masks. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (45), 31239-31247 (2016).
  13. Grossi, G., Jaekel, A., Andersen, E. S., Saccà, B. Enzyme-functionalized DNA nanostructures as tools for organizing and controlling enzymatic reactions. MRS Bulletin. 42 (12), 920-924 (2017).
  14. Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads. Science. 335 (6070), 831-834 (2012).
  15. Li, S., et al. A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo. Nature Biotechnology. 36 (3), 258-264 (2018).
  16. Zhao, Y. -X., et al. DNA origami delivery system for cancer therapy with tunable release properties. ACS Nano. 6 (10), 8684-8691 (2014).
  17. Kollmann, F., et al. Superstructure-Dependent Loading of DNA Origami Nanostructures with a Groove-Binding Drug. ACS Omega. 3 (8), 9441-9448 (2018).
  18. Zhang, D. Y., Seelig, G. Dynamic DNA nanotechnology using strand-displacement reactions. Nature Chemistry. 3 (2), 103-113 (2011).
  19. Ijäs, H., Nummelin, S., Shen, B., Kostiainen, M. A., Linko, V. Dynamic DNA Origami Devices: from Strand-Displacement Reactions to External-Stimuli Responsive Systems. International Journal of Molecular Sciences. 19 (7), 2114 (2018).
  20. Li, J., Fan, C., Pei, H., Shi, J., Huang, Q. Smart Drug Delivery Nanocarriers with Self-Assembled DNA Nanostructures. Advanced Materials. 25 (32), 4386-4396 (2013).
  21. Linko, V., Ora, A., Kostiainen, M. A. DNA Nanostructures as Smart Drug-Delivery Vehicles and Molecular Devices. Trends in Biotechnology. 33 (10), 586-594 (2015).
  22. Jiang, Q., Liu, S., Liu, J., Wang, Z. G., Ding, B. Rationally Designed DNA-Origami Nanomaterials for Drug Delivery In Vivo. Advanced Materials. , (2018).
  23. Shen, B., Linko, V., Dietz, H., Toppari, J. J. Dielectrophoretic trapping of multilayer DNA origami nanostructures and DNA origami-induced local destruction of silicon dioxide. Electrophoresis. 36 (2), 255-262 (2015).
  24. Kuzyk, A., Jungmann, R., Acuna, G. P., Liu, N. DNA Origami Route for Nanophotonics. ACS Photonics. 5 (4), 1151-1163 (2018).
  25. Liu, N., Liedl, T. DNA-Assembled Advanced Plasmonic Architectures. Chemical Reviews. 118 (6), 3032-3053 (2018).
  26. Bathe, M., Rothemund, M. DNA Nanotechnology: A Foundation for Programmable Nanoscale Materials. MRS Bulletin. 42 (12), 882-888 (2017).
  27. Pilo-Pais, M., Acuna, G. P., Tinnefeld, P., Liedl, T. Sculpting light by arranging optical components with DNA nanostructures. MRS Bulletin. 42 (12), 936-942 (2017).
  28. Graugnard, E., Hughes, W. L., Jungmann, R., Kostiainen, M. A., Linko, V. Nanometrology and super-resolution imaging with DNA. MRS Bulletin. 42 (12), 951-959 (2017).
  29. Zhong, J., et al. Metallized DNA nanolithography for encoding and transferring spatial information for graphene patterning. Nature Communications. 4, 1663 (2013).
  30. Zhang, G., Surwade, S. P., Zhou, F., Liu, H. DNA nanostructure meets nanofabrication. Chemical Society Reviews. 42 (7), 2488-2496 (2013).
  31. Praetorius, F., Kick, B., Behler, K. L., Honemann, M. N., Weuster-Botz, D., Dietz, H. Biotechnological mass production of DNA origami. Nature. 552 (7683), 84-87 (2017).
  32. Linko, V., et al. One-step large-scale deposition of salt-free DNA origami nanostructures. Scientific Reports. 5, 15634 (2015).
  33. Arbabi, A., Horie, Y., Bagheri, M., Faraon, A. Dielectric metasurfaces for complete control of phase and polarization with subwavelength spatial resolution and high transmission. Nature Nanotechnology. 10 (11), 937-943 (2015).
  34. Shen, B., et al. Plasmonic nanostructures through DNA-assisted lithography. Science Advances. 4 (2), (2018).
  35. Douglas, S. M., et al. Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno. Nucleic Acids Research. 37 (26), 5001-5006 (2009).
  36. Ke, Y., et al. Multilayer DNA Origami Packed on a Square Lattice. Journal of the American Chemical Society. 131 (43), 15903-15908 (2009).
  37. Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes. Science. 325 (5941), 725-730 (2009).
  38. Castro, C. E., et al. A primer to scaffolded DNA origami. Nature Methods. 8 (3), 221-229 (2011).
  39. Kim, D. -N., Kilchherr, F., Dietz, H., Bathe, M. Quantitative prediction of 3D solution shape and flexibility of nucleic acid nanostructures. Nucleic Acids Research. 40 (7), 2862-2868 (2011).
  40. Benson, E., et al. DNA rendering of polyhedral meshes at the nanoscale. Nature. 523 (7561), 441-444 (2015).
  41. Veneziano, R., et al. Designer nanoscale DNA assemblies programmed from the top down. Science. 352 (6923), 1534 (2016).
  42. Linko, V., Kostiainen, M. A. Automated design of DNA origami. Nature Biotechnology. 34 (8), 826-827 (2016).
  43. Nummelin, S., Kommeri, J., Kostiainen, M. A., Linko, V. Evolution of Structural DNA Nanotechnology. Advanced Materials. 30 (24), 1703721 (2018).
  44. Maffeo, C., Yoo, J., Aksimentiev, A. De novo reconstruction of DNA origami structures through atomistic molecular dynamics simulation. Nucleic Acids Research. 44 (7), 3013-3019 (2016).
  45. Stahl, E., Martin, T. G., Praetorius, F., Dietz, H. Facile and Scalable Preparation of Pure and Dense DNA Origami Solutions. Angewandte Chemie International Edition. 53 (47), 12735-12740 (2014).
  46. Shaw, A., Benson, E., Högberg, B. Purification of Functionalized DNA Origami Nanostructures. ACS Nano. 9 (5), 4968-4975 (2015).
  47. Kuzyk, A., Yurke, B., Toppari, J. J., Linko, V., Törmä, P. Dielectrophoretic Trapping of DNA Origami. Small. 4 (4), 447-450 (2008).
  48. Lin, C., Perrault, S. D., Kwak, M., Graf, F., Shih, W. M. Purification of DNA-origami nanostructures by rate-zonal centrifugation. Nucleic Acids Research. 41 (2), 40 (2013).
  49. Douglas, S. M., et al. Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes. Nature. 459 (7245), 414-418 (2009).
  50. Ramakrishnan, S., Ijäs, H., Linko, V., Keller, A. Structural stability of DNA origami nanostructures under application-specific conditions. Computational and Structural Biotechnology Journal. 16, 342-349 (2018).
  51. Kielar, C., et al. On the Stability of DNA Origami Nanostructures in Low-Magnesium Buffers. Angewandte Chemie International Edition. 57 (30), 9470-9474 (2018).
  52. Surwade, S. P., et al. Nanoscale growth and patterning of inorganic oxides using DNA nanostructure templates. Journal of the American Chemical Society. 135 (18), 6778-6781 (2013).
  53. Shen, B., Linko, V., Tapio, K., Kostiainen, M. A., Toppari, J. J. Custom-shaped metal nanostructures based on DNA origami silhouettes. Nanoscale. 7 (26), 11267-11272 (2015).
  54. Liu, W., Zhong, H., Wang, R., Seeman, N. C. Crystalline Two-Dimensional DNA-Origami Arrays. Angewandte Chemie International Edition. 50 (1), 264-267 (2011).
  55. Shen, B., Kostiainen, M. A., Linko, V. DNA Origami Nanophotonics and Plasmonics at Interfaces. Langmuir. 34 (49), 14911-14920 (2018).

Tags

כימיה סוגיה 151 ננוטכנולוגיה DNA דנ א אוריגמי מתכת חלקיקים nanolithography המצע אופטיקה פלמונניקס
DNA אוריגמי-תיווך המצע Nanopatterning של מבנים אורגניים עבור יישומים חישה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Piskunen, P., Shen, B., Julin, S.,… More

Piskunen, P., Shen, B., Julin, S., Ijäs, H., Toppari, J. J., Kostiainen, M. A., Linko, V. DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications. J. Vis. Exp. (151), e60313, doi:10.3791/60313 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter