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Chemistry

डीएनए Origami-मध्यस्थ Substrate नैनो पैटर्निंग के लिए संवेदन अनुप्रयोगों के लिए अकार्बनिक संरचनाओं

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

यहाँ, हम मार्गदर्शक टेम्पलेट के रूप में डीएनए origami आकार का उपयोग कर substrates पर असतत और सटीक अकार्बनिक नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन. विधि एक पारदर्शी सब्सट्रेट (sapphire) पर प्लाज्मोनिक सोने bowti के आकार का एंटेना बनाने के द्वारा प्रदर्शन किया है।

Abstract

संरचनात्मक डीएनए नैनोप्रौद्योगिकी निर्माण सामग्री के रूप में डीएनए का उपयोग कर नीचे से निर्माण के लिए एक व्यवहार्य मार्ग प्रदान करता है। सबसे आम डीएनए नैनोफेब्रिकेशन तकनीक को डीएनए origami कहा जाता है, और यह नैनोमीटर स्तर परिशुद्धता के साथ सटीक और अत्यधिक बहुमुखी संरचनाओं के उच्च थ्रूपुट संश्लेषण की अनुमति देता है। यहाँ, यह दिखाया गया है कि कैसे डीएनए origami के स्थानिक जानकारी पारंपरिक रूप से इस्तेमाल किया ऊपर से नीचे लिथोग्राफी दृष्टिकोण के साथ नीचे अप डीएनए origami के संयोजन के द्वारा धातु नैनोस्ट्रक्चर को स्थानांतरित किया जा सकता है. यह चयनित substrates पर एक कदम में छोटे नैनोस्ट्रक्चर के अरबों के निर्माण की अनुमति देता है. सिलिकॉन नाइट्राइड या नीलम substrates पर धातु bowti के आकार एंटीना संरचनाओं बनाने के लिए bowti डीएनए origami का उपयोग कर विधि का प्रदर्शन किया है। विधि origami जमाव सब्सट्रेट के शीर्ष पर एक सिलिकॉन ऑक्साइड परत के चयनात्मक विकास पर निर्भर करता है, इस प्रकार लिथोग्राफिक चरणों का पालन करने के लिए एक पैटर्न मुखौटा में जिसके परिणामस्वरूप. इन नैनोस्ट्रक्चर से सुसज्जित सतहों को आणविक सेंसर (जैसे, सतह-एन्हांस्ड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसईआर) के रूप में और छोटी सुविधा आकार (उप-10 एनएम) के कारण दृश्य तरंगदैर्ध्य रेंज में विभिन्न अन्य ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में आगे इस्तेमाल किया जा सकता है। तकनीक methodological संशोधनों के माध्यम से अन्य सामग्री के लिए बढ़ाया जा सकता है; इसलिए, परिणामस्वरूप ऑप्टिकली सक्रिय सतहों metamaterials और metasurfaces के विकास में उपयोग मिल सकता है.

Introduction

स्ट्रक्चरल डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी हाल के दशक1,2के दौरान तेजी से विकसित हुई है और इस क्षेत्र में सबसे प्रभावशाली विकास यकीनन डी एन ए ओरिगमी3,4का आविष्कार रहा है . डीएनए origami तकनीक सटीक संरचनात्मक सुविधाओं के साथ लगभग किसी भी नैनोशेप के निर्माण की अनुमति देता है3,4. इस शक्तिशाली विधि का उपयोग (उप) नैनोमीटर-प्राज्ञ स्थानिक व्यवस्था में किया जा सकता है और अन्य नैनो-ऑब्जेक्ट्स, जैसे कार्बन नैनोट्यूब5,धातु नैनोकणों6,7,8, 9, एंजाइमों / प्रोटीन10,11,12,13और चिकित्सीय सामग्री14,15 ,16,17 . महत्वपूर्ण बात यह है कि ये संरचनाएं केवल स्थिर नहीं हैं , बल्कि उन्हें गतिशील तरीके से कार्य करने के लिए भी प्रोग्राम किया जा सकताहै 18,19. डीएनए origami के अनगिनत अनुप्रयोगों दवा वितरण से लेकर20,21,22 आणविक इलेक्ट्रॉनिक्स / 25 और सामग्री विज्ञान से26,27 उपन्यास इमेजिंग और अंशांकन तकनीक28.

उपर्युक्त अनुप्रयोगों के अलावा , डीएनए ओरिगमी आकृतियों के चरम स्थानिक संकल्प का नैनोपैटर्निंग और नाजुक नैनोस्केल लिथोग्राफी29,30में इस्तेमाल किया जा सकता है . यह प्रोटोकॉल डीएनए origami टेम्पलेट्स का उपयोग कर substrates पर असतत और सटीक अकार्बनिक नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए एक लिथोग्राफी विधि का वर्णन करता है। इन टेम्पलेटों को विभिन्न आकृतियों में कुशलतापूर्वक तैयार किया जा सकता है और बडी मात्रा में31में , और बड़े पैमाने पर चुने गए सबस्ट्रों पर आसानी से जमा किया जा सकता है. इन गुणों के रूप में आमतौर पर इस्तेमाल किया लेकिन बल्कि धीमी गति से इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी या अन्य स्कैनिंग आधारित नैनोनिर्माण तकनीक के विरोध में एक कदम में नैनोस्ट्रक्चर के अरबों की एक अत्यधिक समानांतर निर्माण की अनुमति देते हैं।

इसमें, निर्माण प्रक्रिया सिलिकॉन नाइट्राइड और नीलम substrates पर सोने bowti के आकार की संरचनाओं बनाने के द्वारा प्रदर्शन किया है; दूसरे शब्दों में, डीएनए origami के स्थानिक जानकारी पूरी तरह से धातु नैनोस्ट्रक्चर करने के लिए स्थानांतरित कर दिया है। के रूप में यहाँ चर्चा की, तकनीक चयनित bowti डीएनए origami संरचना तक ही सीमित नहीं है के बाद से विधि लगभग किसी भी डीएनए origami आकार के उपयोग में सक्षम बनाता है. इसके अलावा, व्यवस्थित संशोधनों के साथ, तकनीक विभिन्न धातुओं और substrates के लिए बढ़ाया जा सकता है metasurfaces33के निर्माण की दिशा में मार्ग प्रशस्त.

डीएनए origami-मध्यस्थ निर्माण के साथ पैटर्न सतहों बहुमुखी सेंसर के रूप में सेवा कर सकते हैं; उदाहरण के लिए, वे सतह बढ़ाया रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (Ers) में इस्तेमाल किया जा सकता है. व्यक्तिगत नैनोआकार के छोटे आयामों का एक परिणाम के रूप में, बनाया सतहों दृश्य तरंगदैर्ध्य रेंज में ऑप्टिकल और प्लाज्मोनिक अनुप्रयोगों में उपयोग करता है मिल सकता है।

Protocol

1. डीएनए origami के डिजाइन

नोट: इस प्रोटोकॉल में, एक नैनोपैटर्निंग प्रक्रिया का वर्णन एक द्वि-आयामी (2D) बोट्टी डीएनए ओरिगमी संरचना (चित्र 1)34का उपयोग करके किया गया है। एक नया डीएनए origami आकार डिजाइन करने के लिए, नीचे दिए गए दिशानिर्देशों का पालन करें:

  1. वांछित आकार और डीएनए origami के आवश्यक प्रधान किनारा दृश्यों CADNAno35का उपयोग कर डिजाइन . एक फ्लैट, एकल परत origami का उत्पादन करने के लिए, CADNAno के वर्ग जाली विकल्प को रोजगार और मैन्युअल रूप से डिजाइन में कुछ ठिकानों लंघन द्वारा विदेशी रिक्ति समायोजित (चित्र 1 और पूरक CADNAno फ़ाइल देखें) संरचनात्मक मोड़ जिसके परिणामस्वरूप को दूर करने के लिए वर्ग जाली पैकिंगसे 36,37.
  2. पाली-टी (8 nt) overhangs युक्त किस्में के साथ प्रत्येक डीएनए हेलिक्स के सिरों का विस्तार; यह कुंद-एंड बेस-स्टैकिंग इंटरैक्शन के माध्यम से ऑब्जेक्ट्स के बहुमीकरण को रोक देगा (चित्र 1 और पूरक CADNAno फ़ाइल).
  3. डिज़ाइन का संगणकीय विश्लेषण चलाएँ. CanDo38,39 तीन आयामी (3 डी) आकार और डीएनए origami के संरचनात्मक कठोरता की भविष्यवाणी करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. CanDo भी मोड़ सुधार के लिए आवश्यक आधार की संख्या को फिर से शुरू करने के लिए और तदनुसार डिजाइन को समायोजित करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है।
  4. CADNAno में, पसंदीदा पाड़ लंबाई का चयन और संरचना तह के लिए आवश्यक स्टेपल किस्में उत्पन्न करते हैं. bowti संरचना के लिए, 7249 nt लंबे M13mp18 पाड़ और 205 अद्वितीय स्टेपल किस्में उपयोग किया जाता है (पूरक CADNAno फ़ाइल देखें).
    नोट: डीएनए origami संरचनाओं40, 41 ,42,43डिजाइन करने के लिए उपलब्ध अन्य कम्प्यूटेशनल उपकरण भी कर रहे हैं . चुने गए उपकरण/सॉफ्टवेयर के आधार पर, अन्य सिमुलेशन उपकरण भी43,44का उपयोग किया जा सकता है।

2. डीएनए origami की विधानसभा

  1. बोटी संरचना (कुल 205 स्टेपल में)34के लिए आवश्यक सभी ओलिगोन्यूक्लिओटाइड्स की समान मात्रा में मिश्रण करके स्टेपल किस्में का स्टॉक बनाएं। ओलिगोन्यूक्लिओटाइड्स में सभी एक ही प्रारंभिक एकाग्रता होनी चाहिए (उदा., 100 $M RNase मुक्त पानी में)।
  2. एक 0.2 एमएल पीसीआर ट्यूब में 100 $L मात्रा में डीएनए origami तह प्रतिक्रिया मिश्रण तैयार M13mp18 पाड़ किनारा के 20 डिग्री एल मिश्रण द्वारा (प्रकार p7249, 100 एनएम पर), 40 $L स्टेपल की तुलना में, जहां प्रत्येक किनारा 500 एनएम पर है (जो स्टेपल की तुलना में 10x मोलक अतिरिक्त पैदावार पाड़ करने के लिए) और 2.5x तह बफर (एफओबी) के 40 $L. एफओबी में ट्राइस - ऐसीटिक एसिड - एथिलीनडिऐथिमेनेटेरेसेटिक एसिड (ईडेटा) बफर (टीएई) MgCl2के साथ पूरक होता है । FOB घटक सांद्रता के लिए तालिका 1 देखें.
  3. थर्मोसाइकिलर में अभिक्रिया मिश्रण को 90 डिग्री सेल्सियस से 27 डिग्री सेल्सियस तक अनलित किया जाता है। तालिका 2 में प्रस्तुत थर्मल तह रैंप का प्रयोग करें।

3. डीएनए origami की शुद्धि

नोट: प्रधान किस्में की अतिरिक्त राशि डीएनए origami समाधान से एक गैर विनाशकारी पाली (एथिलीन ग्लाइकोल) (PEG) शोधन विधि का उपयोग कर हटाया जा सकता है. प्रोटोकॉल Stahl एट अल45से अनुकूलित है.

  1. 800 डिग्री सेल्सियस की प्रारंभिक आयतन प्राप्त करने के लिए 600 र्ल 1x एफओबी के साथ एकत्रित डीएनए ओरिगामी संरचनाओं का निरूपित 200 डिग्री सेल्सियस ।
  2. पतला डीएनए origami समाधान 1:1 खूंटी वर्षा बफर के 800 डिग्री एल के साथ मिश्रण (15% खूंटी 8000 (w/v), 1x TAE, 505 m NaCl) और अच्छी तरह से आगे और पीछे pipeting द्वारा मिश्रण.
  3. 14,000 x ग्राम और कमरे के तापमान पर 30 मिनट के लिए मिश्रण सेंट्रीफ्यूज।
  4. ध्यान से एक पिपेट का उपयोग कर supernatant हटा दें।
  5. 1x एफओबी के 200 डिग्री सेल्सियस जोड़ें और पाइपिंग द्वारा धीरे से मिश्रण। 1x एफओबी की एक अलग राशि भी वांछित डीएनए origami एकाग्रता प्राप्त करने के लिए जोड़ा जा सकता है.
  6. डीएनए origami संरचनाओं को फिर से घोलने के लिए (ट्यूब के नीचे में छोटे पारदर्शी गोली), कमरे के तापमान पर रात भर खूंटी शुद्ध डीएनए origami संरचनाओं इनक्यूबेट.
  7. एक यूवी / विस स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग कर 260 एनएम की तरंगदैर्ध्य पर अवशोषण को मापने के द्वारा खूंटी शुद्धि के बाद डीएनए origami एकाग्रता का अनुमान. गणना6के लिए बीयर-लैंबर कानून और 1.1$108 एम-1 सेमी-1 के विलुप्त होने गुणांक का उपयोग करें। खूंटी शुद्धि के बाद ठेठ डीएनए origami एकाग्रता 15-20 एनएम है.
  8. खूंटी शुद्ध डीएनए origami संरचनाओं 4 डिग्री सेल्सियस पर स्टोर. डीएनए origami संरचनाओं आमतौर पर महीनों के लिए स्थिर हैं तो शेयर की बड़ी मात्रा में बाद में उपयोग के लिए तैयार किया जा सकता है.
    नोट: प्रधान किस्में की अतिरिक्त राशि भी अन्य शुद्धि तकनीक46का उपयोग कर हटाया जा सकता है , इस तरह के स्पिन निस्पंदन47के रूप में, दर क्षेत्रीय centrifugation48 और agarose जेल निष्कर्षण49. डी.एन.ए. ओरिगामी संरचनाविभिन्न बफरसमाधानोंमें स्थिर होती है और यदि आवश्यक हो तो भंडारण माध्यम को स्पिन निस्पंदन51के माध्यम से खूंटी शोधन के बाद बदला जा सकता है .

4. अगारोस जेल इलेक्ट्रोफोरोसिस

नोट: तह की गुणवत्ता और अतिरिक्त प्रधान किस्में को हटाने agarose जेल electrophoresis का उपयोग कर सत्यापित किया जा सकता है.

  1. एक Erlenmeyer फ्लास्क के लिए 1 ग्राम agarose और 1x TAE के 45 एमएल जोड़कर एक $2% (w/v) agarose जेल तैयार करें। मिश्रण को माइक्रोवेव में तब तक गरम करें जब तक कि आगारोस पूरी तरह से घुल न जाए, और एक स्पष्ट समाधान तैयार किया जाए।
  2. फ्लास्क (50-60 डिग्री सेल्सियस) को छूने में सहज है जब तक चल रहे पानी के नीचे समाधान शांत हो जाओ।
  3. 110 एमएल 110 एमएल 2और 40 डिग्री सेल्सियस एथिडियम ब्रोमाइड विलयन (0ण्58 मिलीग्राम एमएल-1) को घोल में मिलाकर मिश्रण को धीरे से हिलाइए।
    चेतावनी: एथिडियम ब्रोमाइड एक संभावित कासीनजन है और देखभाल के साथ संभाला जाना चाहिए।
  4. जेल कास्टिंग ट्रे सेट करें और कास्टिंग ट्रे में तरल agarose डालना। जेल कम से कम 30 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर जमी.
  5. कास्टिंग ट्रे से जेल निकालें और इसे एक जेल इलेक्ट्रोफोरोसिस कक्ष में रखें। बफर चलाने के साथ कक्ष भरें (1x TAE 11 m MgCl2के साथ).
  6. नमूना समाधान के 5 डिग्री सेल्सियस प्रति 6x जेल लोडहोस डाई का 1 $L जोड़ें और अच्छी तरह से मिश्रण करें। ध्यान से अलग जेल जेब में नमूना समाधान की वांछित राशि pipeting द्वारा नमूने लोड.
  7. 45 मिनट के लिए 95 वी की एक निरंतर वोल्टेज पर agarose जेल चलाते हैं। जेल को गर्मी क्षति से बचने के लिए चलाने के लिए एक बर्फ स्नान पर जेल इलेक्ट्रोफोरोसिस चैम्बर रखें।
  8. जेल इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके पराबैंगनी प्रकाश के अंतर्गत जेल को विज़ुअलाइज़ करें (चित्र 2क)

5. सबस्ट्रेट तैयारी (चित्र 3ए)

नोट: निम्न चरणों सभी एक साफ कमरे के अंदर प्रदर्शन कर रहे हैं, SiO2 वृद्धि (चरण 9) को छोड़कर. सफाई कदम भी एक मानक पिरान्हा समाधान आधारित सफाई के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है अगर इस प्रक्रिया सब्सट्रेट से सभी अवशेषों को दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं है.

  1. एक सब्सट्रेट के रूप में इस्तेमाल किया जा करने के लिए एक वेफर से 7 मिमी x 7 मिमी चिप्स कट। SiN के लिए, एक सिलिकॉन देखा, एक हीरा कटर कलम या एक समान उपकरण का उपयोग करें. डाइसिंग नीलम (अल2ओ3) को एक विशेष उपकरण की आवश्यकता होगी या ब्लेड देखा जाएगा। चिप आकार सटीक होने की जरूरत नहीं है.
  2. चिप्स की सफाई.
    1. गर्म एसीटोन (एसीटोन को 52 डिग्री सेल्सियस तक गर्म) के साथ एक गिलास में कटा हुआ चिप्स विसर्जित करें और उन्हें कम से कम 15 मिनट के लिए गर्म रखें। सब्सट्रेट की शुरुआती सफाई के आधार पर, लंबे समय तक आवश्यक हो सकता है।
    2. जबकि वे गर्म एसीटोन स्नान में अभी भी कर रहे हैं, धीरे एक कपास झाड़ू के साथ चिप्स रगड़ यंत्रवत् किसी भी अवशेष फिल्मों को दूर करने के लिए.
    3. चम्मियों का उपयोग करना, गर्म एसीटोन से चिप्स उठा और कमरे के तापमान एसीटोन के साथ उन्हें कुल्ला करने के लिए एक धोने की बोतल का उपयोग करें।
    4. आइसोप्रोपेनोल और ultrasonicate के साथ एक गिलास में चिप्स विसर्जित 2 मिनट के लिए.
    5. टजीकर के साथ आइसोप्रोपेनोल से चिप्स को बाहर उठाएं और उन्हें तुरंत और अच्छी तरह से नाइट्रोजन प्रवाह का उपयोग करके सुखाएं। केवल स्पर्श और पक्षों और चिप्स के किनारों पकड़, के रूप में छावी द्वारा कवर क्षेत्रों ठीक से नहीं सूख जाएगा, संभावित अवशेषों और संपर्क क्षेत्रों पर अन्य संदूषण छोड़ने. सबसे अच्छा परिणाम के लिए, संभव के रूप में उच्च प्रवाह के रूप में उपयोग करें और चिप प्रवाह दिशा के समानांतर सतहों पकड़.
  3. बाद में उपयोग के लिए cleanroom के अंदर एक कवर कंटेनर में चिप्स स्टोर.

6. अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (ए-सी) परत के प्लाज्मा-एन्हांस्ड रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD)(चित्र 3ख)

  1. PECVD उपकरण में चिप्स प्लेस.
  2. लगभग 50 एनएम अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (ए-एसआई) विकसित करने के लिए जमा पैरामीटर सेट करें। सटीक सेटिंग्स उपकरण मॉडल और अंशांकन द्वारा बदलती हैं। यहाँ उपयोग किए गए पैरामीटर के लिए तालिका 3 देखें. परत को विकसित करने के लिए a-Si निक्षेपण प्रोग्राम चलाएँ।
  3. प्रसंस्करण के बाद, मानक साफ कमरे की स्थिति में एक कवर कंटेनर में चिप्स की दुकान.

7. ए-सी परत का ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार (चित्र 3ख)

नोट: यह कदम सब्सट्रेट सतह थोड़ा नकारात्मक चार्ज और हाइड्रोफिलिक कर देगा, ताकि डीएनए origami संरचनाओं बाद में प्रभावी ढंग से अतिरिक्त मैग्नीशियम आयनों की मदद से सतह पर adsorbed किया जा सकता है.

  1. प्रतिक्रियाशील आयन etching (RIE) उपकरण में चिप्स प्लेस.
  2. ऑक्सीजन प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए उत्कीर्णन पैरामीटर सेट करें। फिर, सटीक सेटिंग्स उपकरण मॉडल और अंशांकन से भिन्न होते हैं. यहाँ उपयोग किए गए पैरामीटर के लिए तालिका 3 देखें. ऑक्सीजन प्लाज्मा उपचार कार्यक्रम चलाते हैं.
  3. उपचार के प्रभाव तेजी से खराब हो जाएगा के रूप में तुरंत अगले कदम के लिए जारी रखें। आमतौर पर, substrates प्लाज्मा उपचार के बाद अगले 30 मिनट के भीतर इस्तेमाल किया जाना चाहिए.

8. डीएनए origami के निक्षेप (चित्र 3सी)

  1. एक डीएनए origami मिश्रण को जोड़/शुद्ध डीएनए origami समाधान के 5 डिग्री एल मिश्रण द्वारा जमा करने के लिए तैयार ($20 एन एम) 1x एफओबी के 4 $L और 1 MMgCl2के 1 डिग्री एल के साथ। परिणामी विलयन में $10 एन एम डीएनए ओरिगामी तथा लगभग 100 मम2़ ़होता है।
  2. एक ऑक्सीजन प्लाज्मा इलाज चिप और कमरे के तापमान पर 5 मिनट के लिए कवर इनक्यूबेट पर डीएनए origami मिश्रण के 10 डिग्री सेल्सियस जमा. कवर अवांछित सुखाने से बचाता है और बाद में बाहरी नमक और डीएनए origami संरचनाओं को हटाने में एड्स.
  3. ऊष्मायन के बाद, चिप पर पहले 100 डिग्री सेल्सियस आसुत जल (उदा., MilliQ) को पाइप करके सतह को धो लें। चिप के केंद्र को छूने से परहेज करते हुए, पिपेट के साथ पानी को आगे-पीछे कई बार कुल्ला करें। पिपेट के साथ सतह से अधिकांश पानी निकालें। यह केवल ठीक से adsorbed origami सतह पर रहने के लिए कारण बनता है.
  4. इस धोने के चक्र को दोहराएँ (चरण 8.3) 3 से 4 बार.
  5. धोने के बाद, नमूना तुरंत एक नाइट्रोजन प्रवाह के साथ सूखी. सब्सट्रेट तैयारी (चरण 5) में सुखाने के रूप में इस तरह से करें। यह संभव के रूप में अच्छी तरह से नमूना सुखाने के लिए महत्वपूर्ण है।
    नोट: जमा संरचनाओं के घनत्व और इस प्रकार धातु नैनोस्ट्रक्चर के घनत्व डीएनए origami और Mg2 + की एकाग्रता को जमा करने के समाधान में समायोजित करके संशोधित किया जा सकता है। उच्च Mg2 + एकाग्रता डीएनए origami आसंजन में सुधार और इस प्रकार घनत्व बढ़ जाती है, लेकिन यह अंततः भी डीएनए origami संरचनाओं के ढेर का कारण होगा. इस प्रकार, मुख्य रूप से डीएनए origami एकाग्रता पहले समायोजित किया जाना चाहिए.

9. SiO2 मास्क का विकास (चित्र 3D)

नोट: यह चरण cleanroom के बाहर किया जा सकता है। निम्न संस्करण एक नकारात्मक टोन पैटर्न उपज होगा, लेकिन यह प्रक्रिया को संशोधित करने के लिए एक सकारात्मक टोन पैटर्न के बजाय उपज संभव है. SiO2 विकास प्रक्रिया Surwade एट अल से अनुकूलित है52,आगे लेखकों द्वारा विकसित53, और अंत में इस प्रोटोकॉल के लिए अनुकूलित.

  1. एक सील करने योग्य desiccator (1.5 एल), एक पेट्री पकवान है कि desiccator (वैकल्पिक) और एक छिद्रित थाली है कि desiccator अंदर एक मंच के रूप में कार्य कर सकते हैं अंदर फिट बैठता है ले लो.
  2. 100 ग्राम सिलिका जेल लें और इसे पेट्री डिश में 30 ग्राम आसुत पानी के साथ या सीधे desicator में मिलाएं। इस कदम को अधिमानतः कम से कम 24 एच अग्रिम में करने के लिए सिलिका जेल को स्थिर करने की अनुमति है.
    नोट: यह desiccator के अंदर आर्द्रता को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है और इसलिए भी वृद्धि दर और SiO2 फिल्म की आकृति विज्ञान. उच्च आर्द्रता उच्च दर और मोटे संरचना में परिणाम है. वैकल्पिक रूप से, सिलिका जेल एक जलवायु परीक्षण कक्ष में ठीक किया जा सकता है।
  3. सिलिका जेल को शुष्कक में रखें और छिद्रित प्लेट के साथ इसे अलग करें।
  4. चिप्स को एडिकेटर में एसोशिएशन डी एन ओरिग्मी के साथ-साथ (ताजा) 10 एमएल टेट्राथिल ऑर्थोसिलाइकेट (टीओएस) की एक खुली शीशी और 10 एमएल की एक अन्य शीशी को डिसिकेटर में 25% अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (एनएच4OH) के साथ रखें। पास और नमूनों के विपरीत पक्षों पर शीशियों सेट करें। मंच से चिप्स को थोड़ा ऊपर उठाने के लिए एक फ्लास्क कॉर्क या इसी तरह के फ्लैट आसन का उपयोग करें।
    चेतावनी: दोनों एनएच4ओह और TEOS त्वचा से संपर्क के मामले में हानिकारक हैं और उनके वाष्प दोनों आंखों और श्वसन अंगों के लिए जलन पैदा कर सकता है. एक अच्छी तरह से हवादार क्षेत्र में प्रयोग करें और सुरक्षात्मक दस्ताने, नेत्र सुरक्षा और सुरक्षात्मक कपड़े पहनते हैं।
  5. कक्ष को सील करें और कमरे के तापमान पर 20 घंटे के लिए इनक्यूबेट करें। यह उन क्षेत्रों पर एक सिओ2 फिल्म विकसित करेगा जहां डीएनए origami संरचनाओं स्थित नहीं हैं, डीएनए origami आकार छेद के साथ एक 10-20 एनएम पैटर्न मुखौटा बनाने (चित्र 4) .
  6. ऊष्मायन के बाद कक्ष से नमूने निकालें. कवर किए गए कंटेनर में स्टोर करें. प्रसंस्करण यहाँ रोका जा सकता है. इस्तेमाल किया TEOS और एनएच4OH के निपटान. सिलिका जेल के बैच 2-3 बार इस्तेमाल किया जा सकता है अगर यह उपयोग करता है और 2-3 सप्ताह के भीतर इस्तेमाल के बीच desiccator के अंदर बंद रखा जाता है.

10. SiO2 और A-Si के प्रतिक्रियाशील आयन निक्षालन (RIE) (चित्र 3ई)

  1. प्रतिक्रियाशील आयन etching (RIE) उपकरण में चिप्स प्लेस.
  2. सिओ 2 मास्क में छेद के नीचे ए-सी परत प्रकट करने के लिए केवल 2-5 एनएम सिओ2 के आदि के लिए उत्कीर्णन पैरामीटर सेट करें। सटीक सेटिंग्स व्यक्तिगत उपकरणों के लिए प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए। यहाँ प्रयुक्त पैरामीटर तालिका 3में प्रस्तुत किए गए हैं। एनिसोट्रोपिक सिओ2 प्लाज्मा निक्षालन कार्यक्रम चलाएँ।
  3. 50 एनएम ए-सी परत के माध्यम से छेद करने के लिए उत्कीर्णन पैरामीटर सेट करें। यहाँ प्रयुक्त पैरामीटर ों को पुन ः सारणी 3में प्रस्तुत किया गया है। आइसोट्रोपिक ए-सी प्लाज्मा निक्षालन प्रोग्राम चलाएँ।
  4. RIE उपकरण और कवर की दुकान से नमूने निकालें. प्रसंस्करण फिर से यहाँ निलंबित किया जा सकता है.

11. भौतिक वाष्प निक्षेपण (पीवीडी) धातुओं की (चित्र 3च)

  1. पीवीडी उपकरण के वाष्पीकरण कक्ष में चिप्स लोड.
  2. एक लक्ष्य धातु चुनें. सबसे पहले, एक चिपकने वाला धातु का चयन करें. यहाँ, क्रोमियम (सीआर) के 2 एनएम का उपयोग किया जाता है।
  3. लक्ष्य सामग्री और मोटाई के लिए मोटाई नियंत्रण कार्यक्रम सेट करें। नियंत्रण विधि साधन निर्भर है. यहाँ, एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल microbalance (QCM) का उपयोग किया जाता है. मापा मोटाई लक्ष्य सामग्री घनत्व और जेड कारक द्वारा समायोजित किया जाता है और डिवाइस और प्रत्येक लक्ष्य सामग्री के लिए विशिष्ट है कि एक प्रयोगात्मक निर्धारित उपकरण कारक द्वारा सही करने की जरूरत है।
  4. इलेक्ट्रॉन बीम प्रारंभ करें, बीम को लक्ष्य के अनुसार संरेखित करें तथा बीम की धारा तब तक बढ़ाएँ जब तक कि 0ण्05 दउ प्रति वर्ष की निक्षेपण दर प्राप्त न हो जाए। 2 एनएम की एक अंतिम मोटाई तक पहुँच गया है जब तक वाष्पित.
  5. कक्ष venting या प्रक्रिया में दखल के बिना एक दूसरा लक्ष्य धातु (उदा. सोना) चुनें। रुकावट या venting चिपकने वाला धातु ऑक्सीकरण शुरू करने और एक चिपकने वाला के रूप में अपनी प्रयोज्य कम करने के लिए अनुमति देगा.
  6. चरण 11.3 से 11.4 को दोहराएँ. 20 एनएम तक पहुँच गया है जब तक वाष्पित. यह 22 एनएम की कुल ऊंचाई के साथ SiO2 मुखौटा छेद के माध्यम से एक डीएनए origami आकार धातु संरचना पैदा करेगा.
  7. कक्ष को वेंट करें और नमूने निकालें.
  8. यदि नमूने कवर किए जाते हैं तो संसाधन को यहाँ रोका जा सकता है.

12. हाइड्रोफ्लोरिक एसिड (एचएफ) के साथ लिफ्ट-ऑफ (चित्र 3जी)

  1. एक उपयुक्त प्लास्टिक कंटेनर में 50% HF आधारित etchant समाधान डालो. मिश्रण के लिए एचसीएल का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए, क्योंकि एचसीएल नमूने में सी आर को चित करेगा।
    चेतावनी: एचएफ बेहद संक्षारक है, गंभीर जलन और जलन का कारण बनता है और त्वचा से संपर्क पर घातक हो सकता है या यदि साँस लेना चाहिए। केवल एक समर्पित धूआं हुड या एक सुरक्षात्मक एप्रन, रासायनिक प्रतिरोधी दस्ताने और चेहरे की नस, या अन्यथा पूर्ण रासायनिक संरक्षण के साथ हवादार गीला बेंच में HF का प्रयोग करें।
  2. HF आधारित etchant में नमूनों को विसर्जित कर दिया और प्लास्टिक tweezers के साथ धीरे हलचल.
  3. SiO2 परत के लिए पूरी तरह से etch और धातु परत अलग करने के लिए प्रतीक्षा करें. समय मुखौटा छेद के घनत्व के आधार पर noticeably भिन्न होगा. छेद की एक उच्च संख्या तेजी से उत्कीर्णन करने के लिए अनुवाद करेंगे। धातु परत बंद छील करने के लिए मुश्किल है, तो 5 से 10 s के लिए संक्षिप्त ultrasonication इस्तेमाल किया जा सकता है।
  4. एक बार धातु फिल्म detaches, डबल आसुत पानी और आइसोप्रोपेनोल के साथ नमूने कुल्ला.
  5. rinsing के बाद, एक नाइट्रोजन के साथ नमूने सूखी उसी तरह के रूप में सब्सट्रेट तैयारी के लिए निर्देश दिया प्रवाह (चरण 5). चिप सेंटर के साथ चिमटी से संपर्क न करें, क्योंकि इससे गठन किए गए नैनोस्ट्रक्चर नष्ट हो सकते हैं।
    नोट: नमूने संग्रहीत किया जा सकता है और प्रसंस्करण यहाँ निलंबित कर दिया.

13. शेष ए-सी (चित्र 3एच) का RIE

  1. प्रतिक्रियाशील आयन etching (RIE) उपकरण में चिप्स प्लेस.
  2. ए-एसआई के सभी 50 एनएम को पूरी तरह से हटाने के लिए उत्कीर्णन पैरामीटर सेट करें। पैरामीटर चरण 10 में के रूप में ही हो सकता है, लेकिन एक थोड़ा लंबे समय तक नक़्क़ला समय (40 s) सभी ए-Si को हटाने सुनिश्चित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। यहाँ उपयोग किए गए पैरामीटर के लिए तालिका 3 देखें.  शेष ए-सी को हटाने के लिए समस्थानिक ए-सी प्लाज्मा नक्ष्ण प्रोग्राम चलाएँ।
  3. RIE उपकरण और कवर की दुकान से नमूने निकालें. यह नमूना प्रसंस्करण समाप्त हो जाएगा.

14. परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम)

नोट: परमाणु बल माइक्रोस्कोपी और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी फिल्म विकास और पैटर्न की सफलता पर नजर रखने के लिए और साथ ही छवि तह डीएनए origami संरचनाओं के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (चित्र 2बी, सी)। यदि चरण 5-13 से संसाधित नमूने छवियाँ हैं, तो निम्न नमूना तैयारी चरण छोड़ दिया जा सकता है।

  1. AFM के लिए नमूना तैयारी
    1. मुड़ा हुआ डीएनए origami छवि के लिए, अभ्रक सब्सट्रेट की एक चिप ले लो.
    2. एक चिपकने वाला का उपयोग कर एक गिलास माइक्रोस्कोप स्लाइड करने के लिए अभ्रक चिप संलग्न करें।
    3. $ 20 एनएम डीएनए origami स्टॉक 50 बार 1x एफओबी में लगभग 0.4 एनएम की एकाग्रता के लिए कम करके डीएनए origami समाधान के 10 $L तैयार करें। सब्सट्रेट भीड़ को रोकने के लिए कमजोर पड़ने का कार्य किया जाता है।
    4. कमजोर टेप के साथ बंद अभ्रक शीट के शीर्ष परत छील एक ताजा cleaved, आरोप लगाया सतह प्राप्त करने के लिए.
    5. ताजा cleaved अभ्रक पर पतला डीएनए origami समाधान जमा और कमरे के तापमान पर 1 मिनट के लिए कवर नमूना इनक्यूबेट.
    6. ऊष्मायन के बाद, एक पिपेट का उपयोग करके 100 डिग्री सेल्सियस आसुत पानी के साथ सतह 3-4 बार धोएं। यह केवल ठीक से adsorbed origami सतह पर रहने के लिए कारण बनता है.
    7. अभ्रक की सतह पर आसुत जल का 100 डिग्री सेल्सियस जमा करना।
    8. अधिकांश जल को अलग करने के लिए टेबल पर माइक्रोस्कोप स्लाइड को झुकाएं और तेजी से टैप करें।
    9. इस वाशिंग चक्र को 3-4 बार दोहराएं।
    10. धोने के तुरंत बाद नाइट्रोजन के प्रवाह के साथ नमूना अच्छी तरह से सुखाएं। नमूना तो AFM इमेजिंग के लिए तैयार है.
  2. डीएनए origami नमूने या एक AFM में संसाधित चिप्स प्लेस और स्कैन प्रदर्शन. 1-10 डिग्री मीटर का स्कैन आकार संरचनाओं को ठीक से हल करने के लिए उपयुक्त है।

15. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM)

  1. एक SEM में नमूने प्लेस. संसाधित चिप्स के रूप में वे कर रहे हैं इस्तेमाल किया जा सकता है (आगे नमूना तैयारी की जरूरत नहीं है).
  2. त्वरण वोल्टेज चुनें. नमूना सब्सट्रेट के बाद से चार्ज प्रभाव को कम करने के लिए कम voltages (5-10 केवी) का प्रयोग करें (अल2ओ3 या SiN) एक विद्युतरोधक है.
  3. ब्याज के किसी भी क्षेत्रों को स्कैन करें। चार्ज को कम करने और संदूषण के जमाव से बचने के लिए स्कैनिंग समय को कम करें।

Representative Results

बोटी डीएनए ओरिगमी डिजाइन का एक योजनाबद्ध आंकड़ा और इसके संरचनात्मक विवरण चित्र 1में दिखाए गए हैं। अगारोस जेल इलेक्ट्रोफोरोसिस और एएफएम का उपयोग डीएनए ओरिगमी फोल्डिंग और खूंटी शोधन की गुणवत्ता का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है (चित्र 2)। नैनोलिथोग्राफी चरणों का प्रक्रम प्रवाह चित्र 3में प्रदर्शित होता है। प्रतिनिधि AFM छवियों के बाद SiO2 मुखौटा विकास चित्रा 4 में दिखाए जाते हैं (इस चरण चित्र 3डीमें दर्शाया गया है), जबकि अंतिम धातु नैनोस्ट्रक्चर के SEM छवियों चित्र 5 में देखा जा सकता है (इस चरण में दर्शाया गया है चित्र 3ह) चित्रा 6 बोटी डीएनए origami द्वारा टेम्पलेट धातु नैनोस्ट्रक्चर की ऑप्टिकल कार्यक्षमता को दर्शाता है।

तह बफर (एफओबी) घटक सांद्रता [mM]
Tris एसिटिक अम्ल EDTA मैग्नीशियम क्लोराइड पीएच
2.5x एफओबी 100 47.5 2.5 31.25 $8,3
1x एफओबी 40 19 1 12.5 $8,3

तालिका 1: तह बफर (एफओबी) की संरचना।

तापमान सीमा[oC] शीतलक दर
90-70 -0.2 डिग्री सेल्सियस /
70-60 -0.1 डिग्री सेल्सियस /
60-27 -0.1 डिग्री सेल्सियस /
12 रोक दिया जब तक पकड़ो

तालिका 2: बोट्टी origami तह के लिए थर्मल रैंप. annealing के बाद, origami 12 oC पर संग्रहीत किया जाएगा जब तक कार्यक्रम मैन्युअल रूप से बंद कर दिया है.

PECVD और RIE पैरामीटर
गैस गैस प्रवाह [sccm] चैंबर का दबाव [mTorr] आरएफ शक्ति [W] तापमान[ओसी] अवधि [s]
एक-सी के PECVD एन2 में 5% SiH4 500 1000 15 250 90
हे2 प्लाज्मा उपचार हे2 50 40 200 30 1200
SiO2 के RIE सीएचएफ3 25
Ar 25 30 100 25 10-22
ए-सीई के RIE हे2 8
एस एफ6 100 90 50 30 35
शेष ए-सीई के RIE हे2 8
एस एफ6 100 90 50 30 35-40

तालिका 3: प्लाज्मा-एन्हांस्ड रासायनिक वाष्प निक्षेप (PECVD) और प्रतिक्रियाशील आयन etching (RIE) के लिए प्रक्रिया मापदंडों. इन उपकरणों के लिए प्रक्रिया मापदंडों व्यक्तिगत उपकरणों के लिए विशिष्ट हैं और वे जब इस्तेमाल किया अनुकूलित करने की आवश्यकता हो सकती है.

Figure 1
चित्र 1: बोटी डीएनए origami के डिजाइन. (ए) बोटी ओरिगमी डिजाइन का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व जिसमें कोर संरचना को डबल हेलिस के रूप में दिखाया गया है और पॉलीटी-ओवरहैंग्स को लहरदार रेखाओं के रूप में दर्शाया गया है। (बी)CADNAno सॉफ्टवेयर में bowti origami डिजाइन के एक भाग का स्क्रीनशॉट. लाल क्रॉस मोड़ सुधार के लिए लंघन आधार जोड़ी को निरूपित, और T8-overhangs कुंद अंत आधार-स्टैकिंग को रोकने के लिए जोड़े जाते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्र 2: बोटी डीएनए origami संरचना की विशेषता. (ए) पॉली (एथिलीन ग्लाइकोल) (पीईजी) शुद्धिकरण से पहले और बाद में बोटी संरचना के अगारोस जेल इलेक्ट्रोफोरोसिस। 7249 न्यूक्लिओटाइड लंबे पाड़ संदर्भ के रूप में प्रयोग किया जाता है. (ख)परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम) शुद्धि से पहले बोटी संरचनाओं की छवि। (ग)खूंटी शुद्धिके बाद बोटी संरचनाओं की AFM छवि. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्र 3: संविरचन प्रक्रिया प्रवाह की योजना (आयाम पैमाने पर नहीं हैं)। (एक) पासा और सब्सट्रेट साफ. (बी)प्लाज्मा-एन्हांस्ड रासायनिक वाष्प जमाव (पीईसीवीडी) द्वारा ए-सी परत जमा करें। * एचएफ के अलावा अन्य एटक के साथ लिफ्ट-ऑफ सक्षम करने के लिए ए-सी के तहत एक अतिरिक्त बलि परत का उपयोग करना संभव है।(सी) ओ2 प्लाज्मा के साथ नमूना सतह का इलाज करें और उस पर डीएनए ओरिगमी जमा करें। (डी) desicator में SiO2 मुखौटा बढ़ाएँ. (ई) सिओ2 की एक पतली परत और इसके नीचे प्रतिक्रियाशील आयन निक्षालन (राई) द्वारा ए-सी के माध्यम से एक पतली परत का उपयोग करें। (च) भौतिक वाष्प निक्षेप (पीवीडी) द्वारा मास्क के माध्यम से धातु जमा करें। (जी) एचएफ के साथ लिफ्ट-ऑफ (एच) शेष ए-सी ईई ईई द्वारा हटा दें। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4

चित्र 4: डीएनए origami आकार पैटर्न के साथ SiO2 फिल्म के प्रतिनिधि AFM छवियों. (क) 10 डिग्री मी ग 10 डिग्री उ चमस्कैन क्षेत्र पैटर्न गठन की उच्च उपज को दर्शाता है। (ख) एक करीब 3 डिग्री मी ग 3 डिग्री मीटर स्कैन सिओ2 फिल्म में सटीक व्यक्तिगत पैटर्न दिखाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्र 5: धात्विक नैनोस्ट्रक्चरों कीप्रतिनिधि स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों को संरचनात्मक रूप से भिन्न डीएनए origami के साथ टेम्पलेटित. (ए) क्रॉस के आकार का डीएनए origami, यानी, तथाकथित सीमा टाइल origami54. (बी) बोटी एंटेना. (C) चिराल डबल-एल (सीडीएल) संरचनाएं। इनसेट 150 एनएम x 150 एनएम के बॉक्स आकार के साथ अलग-अलग संरचनाओं को दिखाते हैं। सटीक संरचनाओं की निर्माण उपज बोटी ओरिगमी के लिए 76% औरयहांप्रदर्शित अन्य संरचनाओं के लिए 50% तक है . यह आंकड़ा अनुकूलित किया गया है और शेन एट अल से संशोधित34. आंकड़ा लेखकों की अनुमति के साथ पुनरुत्पादित और विज्ञान की उन्नति के लिए अमेरिकन एसोसिएशन द्वारा प्रकाशित, 2018. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्र 6: परिणामी नैनोस्ट्रक्चर के प्रतिनिधि ऑप्टिकल/ (ए) अलग-अलग ध्रुवीकरण (रंग नारंगी और नीले रंग के रूप में कोडित) के साथ एक व्यक्ति सोने bowti संरचना के स्थानीयकृत सतह प्लाज्मन अनुनाद (LSPR) माप। ठोस लाइनों स्पेक्ट्रा मापा जाता है और डैश्ड लाइनों सिमुलेशन परिणाम हैं. इनसेट मापा कण (बाएं) और सिमुलेशन (दाएं) के लिए इस्तेमाल मॉडल के SEM छवि दिखा। (ख) सतह से बढ़ी हुई रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एसईआर) रोडामाइन 6जी और 2,2-बिपाइरिडीन जो बोटी नैनोस्ट्रक्चर से ढकी सतह पर मापी जाती है। प्रत्येक नमूने की आधार रेखा संकेत स्तर से पता चलता है जब नैनोस्ट्रक्चर अनुपस्थित थे. यह आंकड़ा अनुकूलित किया गया है और शेन एट अल से संशोधित34. आंकड़ा लेखकों की अनुमति के साथ पुनरुत्पादित और विज्ञान की उन्नति के लिए अमेरिकन एसोसिएशन द्वारा प्रकाशित, 2018. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Supplemental File 1
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Discussion

प्रोटोकॉल महान स्वतंत्रता और उत्पादन नैनोस्ट्रक्चर के आकार में सटीकता प्रदान करता है. डीएनए origami के डिजाइन को बदलने से, धातु नैनोस्ट्रक्चर के आकार को नियंत्रित किया जा सकता है। धातु संरचनाओं के अंतिम, सटीक आकार अतिरिक्त मुखौटा विकास कदम द्वारा निर्धारित किया जाता है (चरण 9) और मुखौटा नक्षलसे द्वारा एक कम डिग्री करने के लिए (चरण 10) यह anisotropic नहीं होना चाहिए. यदि मुखौटा विकास समय काफी बढ़ाया है, मुखौटा में छेद बंद हो जाना शुरू कर देंगे. यह कुछ संरचनाओं और नियंत्रण अंतराल आकार की thinnest सुविधाओं को छोड़ने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, के रूप में शेन एट अल में प्रदर्शन34 bowti origami के अलग त्रिकोण के साथ (चित्र 5B). इसके विपरीत, पतले आकार बेहतर ऑक्साइड विकास समय को छोटा करके संरक्षित किया जा सकता है. इसका मतलब यह है कि यह न सिर्फ इस्तेमाल किया origami डिजाइन बदलकर, लेकिन यह भी SiO2 फिल्म विकास ट्यूनिंग द्वारा, चित्रा 6में प्रदर्शित ऑप्टिकल गुणों धुन करने के लिए संभव है।

मुखौटा मोटाई काफी बदल गया है, तो वह परिवर्तन भी SiO2 RIE चरण में परिलक्षित होना चाहिए। केवल SiO2 की एक बहुत पतली परत (2-5 एनएम) मुश्किल से मुखौटा छेद के माध्यम से छेद करने के लिए etched किया जाना चाहिए. यह पूरी प्रक्रिया का सबसे संवेदनशील और महत्वपूर्ण हिस्सा है। के बाद से उत्कीर्णन समय बहुत कम है, केवल 10-20 s, सटीक सेटिंग्स प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाना चाहिए जब पहली बार नए उपकरणों के साथ प्रयास किया. यह भी चरण 10.4 के लिए सच है के रूप में कुछ SiO2 भी a-Si etching के दौरान etched है. etched SiO2 की हद तक इस्तेमाल किया ए-सी आदि मानकों, उपकरण और यहां तक कि व्यक्तिगत उपकरण अंशांकन की चयनात्मकता द्वारा निर्धारित किया जाता है। इन दो प्रक्रियाओं के दौरान पूरे SiO2 परत को दूर नहीं करने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए।

एक अन्य संवेदनशील कदम SiO2 विकास है. विकास प्रक्रिया कक्ष आर्द्रता और प्रयुक्त TEOS की वर्तमान गतिविधि दोनों पर निर्भर है। TEOS कम हो जाता है के रूप में यह हवा से पानी adsorbs, यह उम्र के साथ कम प्रभावी बनने के लिए कारण. यह भी रासायनिक के उचित भंडारण के साथ महीनों के भीतर एक काफी धीमी, कम नियंत्रणीय विकास दर के रूप में प्रकट कर सकते हैं. 34 यदि परिणामी SiO2 परत इरादा से पतली है, यह कक्ष आर्द्रता के बजाय TEOS के साथ एक समस्या का संकेत कर सकते हैं. जबकि एक कम आर्द्रता भी कम विकास दर और पतली फिल्म में परिणाम कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप फिल्म भी सामान्य से चिकनी होना चाहिए. इस बीच एक मोटे दानेदार और किसी न किसी परत विपरीत उच्च आर्द्रता के साथ एक समस्या का संकेत होगा.

यह भी दो आवश्यकताओं के साथ किसी भी अन्य स्वतंत्र रूप से चुना सब्सट्रेट पर इस प्रोटोकॉल प्रदर्शन करने के लिए संभव है: यह दोनों HF etching सहन करना चाहिए (चरण 12) और PECVD के 200-300 डिग्री सेल्सियस तापमान (चरण 6). तापमान सुरक्षित रूप से एक-सी के PECVD के लिए 100 डिग्री सेल्सियस के लिए कम किया जा सकता है अगर एक अधिक संवेदनशील सब्सट्रेट प्रयोग किया जाता है, लेकिन HF से बचा नहीं जा सकता है अगर प्रोटोकॉल बिल्कुल के रूप में वर्णित का पालन किया है. HF को दरकिनार करने के लिए, एक अतिरिक्त बलि परत के आवेदन की आवश्यकता होगी. HF etching की आवश्यकता हटा दिया जाता है, तो इस प्रोटोकॉल सब्सट्रेट सामग्री और धातुओं की एक व्यापक चयन के साथ संगत हो जाएगा।

इस प्रोटोकॉल के रूप में आमतौर पर इस्तेमाल किया और मजबूत सूक्ष्म और नैनोनिर्माण प्रक्रियाओं के होते हैं, यह अन्य microfabrication प्रोटोकॉल जहां छोटी सुविधा आकार और जटिल धातु आकार वांछित हैं की किसी भी संख्या के साथ जोड़ा जा सकता है. निकट भविष्य में, विशेष रूप से कम लागत वाले डीएनए origami जन उत्पादन31के आने के साथ, इस विधि के लिए दोनों सामान्य उपयोग और उच्च throughput नैनोपैटर्निंग इंटरफ़ेस आधारित नैनोफोटोनिक्स और प्लाज्मोनिक्स 55 की सुविधा के लिए संभावित है .

Disclosures

लेखकों को खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

Acknowledgments

यह काम फिनलैंड की अकादमी (परियोजनाओं 286845, 308578, 303804, 267497), जेन और Aatos Erkko फाउंडेशन, और सिग्रिड जुसलियस फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था. यह कार्य फिनलैंड सेंटर्स ऑफ एक्सीलेंस प्रोग्राम (2014-2019) के तहत किया गया था। हम Aalto विश्वविद्यालय Bioeconomy सुविधाएं और OtaNano द्वारा सुविधाओं और तकनीकी सहायता के प्रावधान को स्वीकार करते हैं - Nanomicroscopy केंद्र (Aalto-NMC) और Micronova Nanofabrication केंद्र.

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

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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).

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