Altın Nanorods bütünleştirilmiş koda kiral Plazmonik Metamolecules DNA Origami şablonlarını kullanma

Chemistry
 

Summary

DNA origami tabanlı Meclisi altın nanorods kiral Plazmonik metamolecules güçlü chiroptical yanıt ile içine detaylı Protokolü açıklar. Protokol kiral yapılandırmaları için sınırlı değildir ve kolayca çeşitli Plazmonik mimarileri imalatı için adapte edilebilir.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Huang, Y., Nguyen, M. K., Kuzyk, A. Assembly of Gold Nanorods into Chiral Plasmonic Metamolecules Using DNA Origami Templates. J. Vis. Exp. (145), e59280, doi:10.3791/59280 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

DNA origami yapıları içsel adreslenebilirliği onları metal nano tanecikleri düzenleme içine karmaşık Plazmonik taşınımı için ideal Şablonlar yapar. Kayma hassas bir DNA origami şablonu esas alan derleme bireysel parçacıkların Plazmonik rezonanslar arasında bağlantı kontrol sağlar ve inşa nanoyapıların optik özelliklerini terzilik sağlar. Son zamanlarda, kiral Plazmonik sistemleri Plazmonik derlemeler kayma yapılandırmasını ve optik yanıtlarını (örneğin, dairesel dichroism [CD]) arasında güçlü bir korelasyon nedeniyle ilgi çok çekti. Bu protokol için DNA origami tabanlı kiral derlemelerini altın nanorods (AuNRs) üretimi için tüm iş akışı açıklanmaktadır. Protokol tasarım ilkeleri ve DNA origami şablonları imalatı, AuNRs sentezi ve origami-AuNR yapıların montajı için deneysel yöntemleri ayrıntılı bir açıklaması vardır. Buna ek olarak, iletim elektron mikroskobu (TEM) ve CD Spektroskopi kullanarak yapılar karakterizasyonu birlikte gelir. Açıklanan protokol kiral yapılandırmaları için sınırlı değildir ve çeşitli Plazmonik mimarileri yapımı için adapte edilebilir.

Introduction

DNA taşınımı, DNA Origamisi özellikle yaygın molekülleri ve diğer Nano bileşenler (örneğin, proteinler ve nano tanecikleri [NPs]), düzenlemek için nanometre hassasiyetle neredeyse rasgele geometrileri1,2 ' ye kullanılmıştır , 3 , 4 , 5. yeni optik özellikleri6,7,8, ile Plazmonik yapıların imalatı bir yüksek verimli ve doğruluk ile metal NPs DNA origami şablonları düzenlemek için yeteneği sağlar 9 , 10. DNA origami tekniği gerçekten üç boyutlu mimarileri11,12,13, gerektiren kiral Plazmonik yapıları oluşturmak için özellikle yararlı 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.

Bu iletişim kuralı, AuNRs DNA origami şablonu esas alan kiral derlemelerinin imalatı işlemlerinin ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Tasarım21 için kullanılan yazılım ve sezgisel ve serbestçe kullanılabilir DNA origami yapısı tahmin22,23 ' tür. Origami imalat ve AuNR sentezi ortak Biyokimya laboratuvar cihazı (örneğin, thermocyclers, Jel Elektroforez, sıcak tabak, santrifüjler) kullanın. Yapıları standart TEM ve CD Spektroskopi kullanarak karakterizedir.

Yukarıdan aşağıya yöntemleri (örneğin, elektron ışını litografi) ile benzer Plazmonik nanoyapıların imalatı oldukça karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir. Buna ek olarak, DNA origami şablonları yapısal reconfigurability Plazmonik derlemeler24,25,26,27,28,29 dahil imkanı sağlar litografi teknikleri ile fabrikasyon yapıları için son derece zor olan ,30,31,32,33,. Diğer moleküler tabanlı yaklaşımlar34,35,36,37için karşılaştırıldığında, DNA origami tabanlı imalat kayma duyarlık ve programlama yüksek düzeyde sağlar.

Protocol

1. tasarım DNA Origamisi

  1. AuNRs istenen göreli kayma düzenlenmesi ve DNA origami şablonu (şekil 1A) uygun şeklini tanımlar. AuNRs ve origami şablonları yapısal parametrelerini tahmin etmek. Daha fazla değişiklik (şekil 1B) ihtiyacınız zımba yaklaşık konumunu bulun.
  2. Karşıdan yükleyip bir DNA origami şablonu tasarlamak için caDNAno18 . CaDNAno, iskele ve elyaf iplikçiklerinin birbirine şablonu istediğiniz şekli göre yönlendirmek ve elyaf iplikçikleri sıra Seq aracınıtıklatarak oluşturun. Boya aracını tıklatın ve daha fazla değişiklik (şekil 1C) gereken zımba ipliklerini işaretleyin.
  3. DNA zımba dizileri (şekil 1C) bir .csv dosyasına vermek için Verme aracı tıklatın.
  4. Çift iplikçikli kilitleri iki origami paketler arasındaki açı Θ düzeltmek için tasarım. İki demetleri göreli yönünü bağlı olarak, origami yapı sol veya sağ el (LH/RH) kiral kayma yapılandırma (şekil 1B) uyarlayabilirsiniz.
  5. Zımba .csv dosyasını bir elektronik tablo uygulaması alın. AuNR montaj (tutamaçları) için kullanılan zımba sonundaki polyA10 sıra ekleyin. Kilit serileri ile tasarlanmış kilit sitelerde zımba ipliklerini değiştirin.
    Not: Temsilcisi sonuçları derlemelerde kolları 3' sonunda zımba iplikçiklerinin çıkıntılı, 18 tarihinde iki eşit dağıtılmış her DNA origami paket paralel sarmal her 21 36 içeren nt. 168 ilk ve son kolu konumu arasındaki mesafedir nt, yaklaşık 57 nm (ekli caDNAno dosyasına bakın).

2. derleme DNA origami şablonları

  1. Elyaf oligonucleotides (örneğin, 100 µM) konsantrasyon normalleştirilmiş eşit miktarda karıştırılarak iplikçikleri kolları ve kilitleri, ile de dahil olmak üzere bir çalışma hisse senedi (SM), zımba iplikçiklerinin hazırlayın.
    Not: Origami yapılar genellikle elyaf iplikleri yüzlerce içerir. Zımba genellikle DNA oligonucleotides kimyasal sentez içinde multiwell içinde uzmanlaşmış (örneğin, 96-da) satıcılardan satın plakaları.
  2. Tris-EDTA (TE, 10 x), 100 µL MgCl2 (100 mM), NaCl (100 mM), 175 µL H2O, 100 µL SM 25 µL 50 µL için 500 µL 10 nM origami mix (0.5 µM), (5 mikron) kilit iplikçiklerinin 5 µL ve bir 50 µL İskele yapısı-İskele (100 nM).
  3. Tablo 1' de açıklandığı gibi bir thermocycler 80 ° c-20 ° c karışımı tavlamak.

3. DNA origami arıtma

Not: Bu bölümde özel jel arıtma protokolünü açıklar. DNA origami şablonları da alternatif yaklaşımlar38,39kullanarak saf.

  1. Özel Tris-Bor-EDTA 100 ml 1 g için % 1 jel, dağıtılması (TBE, 0.5 x) karışımı fırın mikrodalga bir de Isıtma tarafından. DNA leke leke özelliğine göre 10.000 x 10 µL ekleyin. UV ışık ayıklama adımda (Adım 3.6) maruz en aza indirmek için altında mavi uyarma görselleştirildiği bir DNA leke kullanın.
  2. Çözüm yaklaşık 40 ° c serin ve yavaş yavaş MgCl2 (1.3 M) 1 mL sallayarak süre ekleyin. Jel döküm ve oda sıcaklığında 30 dk için kuluçkaya.
  3. Elektroforez cihazı ve soğuk (4 ° C) çalışan arabellek dökün (0,5 ile 11 mM MgCl2x TBE) jel kutusu içine. Bir buz su banyosu jel kutusunda bir yer.
  4. Yükleme arabellek (6 x yükleme arabellek % 15 polysucrose 400 ve %0.25 bromophenol suda mavi içerir) origami örnekleri ekleyin. Wells ile kullanılan tarak (örneğin, 50 µL 1,5 mm kalınlıkta bir 8-iyi tarak için) göre uygun bir birim içine örnekleri yükleyin.
  5. Elektroforez 2s için 80 V çalıştırın.
    Not: origami karakterize ve açık ve kapalı yapısı ayırmak için yerine % %1 2 jel kullanımı ve 4 h için çalışma süresi uzatmak.
  6. Jel jel Imager (Şekil 2) ile görüntü. Mavi bir ışık transilluminator bantları görselleştirmek, origami bant kesmek, bir parafilm jel şut ve sıvı ayıklamak için kullanın. Yaklaşık %40 kurtarma verimidir.
  7. Sıvı santrifüj filtre ünitesine pipette ve 3000 x g 5 dakika süreyle spin ölçmek origami çözüm 260 emilimini nm UV-görünür (UV-VIS) bir Spektrometre ile. Bir nesli katsayısı 1,3 108 M-1·cm-1x kullanarak origami konsantrasyonu tahmin ediyoruz.
    Not: Tipik özel jel sonra arıtma origami çözüm 1-2 nM bölgedir.
  8. Daha sonra kullanmak için 4 ° C'de arıtılmış origami şablonlarını depolamak.

4. altın nanorods sentezi

Not: Önceki edebiyat40 küçük değişiklikler ile iletişim kuralı AuNR sentez için uyarlanmıştır.

  1. Aqua regia için 5 dk ile tüm cam yıkama, su ile durulayın, ultrasaf su ile solüsyon içeren temizleyicide ve kullanmadan önce kuru.
  2. 0.2 M hexadecyltrimethylammonium bromür (CTAB), 1 mM HAuCl4, 4 mM AgNO3, 64 mM L (+) hazırlamak-askorbik asit ve 6 mM NaBH4. NaBH4 dağıtılması ve 4 ° C'de bir buzdolabında tutmak için soğuk su (4 ° C) kullanın Askorbik asit çözüm taze hazırlanmış gerekir.
    Dikkat: CTAB cilt teması (tahriş edici), göz teması (tahriş edici), sindirim ve inhalasyon durumunda zararlıdır. Uygun koruyucu giysi giyin. Yetersiz havalandırma durumunda uygun solunum cihazı tak. NaBH4 cilt teması (tahriş edici), göz teması (tahriş edici), sindirim ve inhalasyon durumunda son derece zararlıdır. Splash gözlük, önlük, eldiven ve buharı ve toz solunum giymek. Bir gaz maskesi onaylı/sertifikalı veya eşdeğer kullandığınızdan emin olun.
  3. Au tohum hazırlayın.
    1. CTAB (0.2 M), 250 µL ultrasaf su ve 250 µL HAuCl4 (1 mM) 500 µL bir cam şişe ekleyin. 5 min için oda sıcaklığında 450 rpm'de karıştırın.
    2. 1200 rpm karıştırma oranı artırmak. Çözümün soğuk NaBH4 (6 mM, 4 ° C) 100 µL ekleyin. 2 dakika sonra karıştırma durdurmak ve bir su banyosu için kullanmadan önce 30 dk 30 ° C'de çözümde kuluçkaya.
  4. AuNRs hazırlayın.
    1. 0.55 g CTAB ve 15 mL sıcak su (60-65 ° C) 2,6-dihidroksibenzoik asit 0,037 g bir yuvarlak alt şişeye geçiyoruz. Çözüm ile 30 ° C arasında sakin, AgNO3 (4 mM) 600 µL ekleyin ve 450 devirde 2 dakika karıştırın. O zaman, 30 ° C'de çözüm 15dk için rahatsız bekletin
    2. HAuCl4 (1 mM) 15 mL ekleyin ve 15 dk. Ekle 120 µL m (+) için 450 rpm'de karıştırın-askorbik asit (64 mM), o zaman, hemen, 30 s. Ekle 12 µL Au tohum için 1200 rpm karıştırın ve 30 için 1200 rpm karıştırmaya devam s.
    3. Bir su banyosu için 18 h 30 ° C'de çözümde kuluçkaya. Çözüm rahatsız değil ve bir kap şişeye kapatmak için kullanın.
    4. Santrifüj tüpleri ve 12 dk 20 ° C'de için 9.500 x g , santrifüj sonuç çözüm transfer Süpernatant atmak, pelet ultrasaf su 20 ml dağıtmak ve adım daha aralıklarla gerçekleştirmek.
    5. 3 mL distile su içinde son Pelet dağıtmak. AuNRs konsantrasyonu için boyuna plasmon rezonans tükenme katsayısı kullanarak UV-VIS emme ölçüm üzerinden tahmin ediyoruz. Geçersiz kalma katsayısı AuNR şekil parametreleri41kullanarak tahmin edilebilir. AuNRs daha fazla kullanım için 4 ° C'de depolayın.

5. altın nanorods functionalization tek iplikçikli DNA ile

Not: Önceki edebiyat42uyarlanmıştır sözde düşük pH rota takip protokolü ile tek iplikçikli DNA (ssDNA), AuNR functionalization için bu bölümde açıklanmaktadır. DNA ile kaplı AuNRs Santrifüjü tarafından saf; Alternatif olarak, arıtma özel Jel Elektroforez kullanılarak gerçekleştirilebilir.

  1. 20 µL thiol functionalized polyT DNA iplikçiklerinin (1 mM) ile taze hazırlanmış, 20 µL kuluçkaya tris(2-carboxyethyl) fosfamin hidroklorür (TCEP, 14 mM) disülfür bağları azaltmak 1 h için.
    Not: Thiol grupları formu AuNRs ile Tahvil ve çok fazla veya çok az baz çifti bir arıza veya kararsız derleme açabilir origami polyA10 saplı polyT sıra hybridizes.
    Dikkat: TCEP şiddetli cilt yanıkları ve göz zarar neden olabilir. Koruyucu eldiven/koruyucu giyim/göz koruma/yüz koruma giymek.
  2. AuNRs Mix 150 µL (10 nM) ve 40 µL TCEP tedavi thiol-DNA (0.5 mM). % 1 Sodyum Lauryl Sülfat (SDS) % 0.05 son SDS konsantrasyon ulaşmak için AuNR ekleyin. PH 2.5-3 ~ 1 µL HCL (1 M) ile ayarlayın.
  3. 2s için 70 devir / dakikada sallayarak süre kuluçkaya.
    Not: AuNR DNA oranı 1:5, 000-15000, çubuklar büyüklüğüne bağlı olarak sırasına göre olmalıdır. AuNRs için (70 nm x 30 nm) hazırlanan aşağıdaki thiol-DNA, 4, 13.000 aşırı bölümünde açıklanan Protokolü önerilir.
  4. Son bir NaCl concertation 0.5 m ulaşmak ve 70 devir / dakikada sallayarak süre oda sıcaklığında 4 h için kuluçkaya NaCl ekleyin.
    Not: Bu adımda bir renk değişimi başarısız DNA functionalization gösterebilir.
  5. Gecede kuluçkaya ve pH TBE tampon (10 x) ile ~8.5 için ayarlayın.
  6. DNA-AuNRs 4 yıkama örnekleri arabellek yıkama 1 mL ile karıştırma tarafından x (%0,5 0,1 SDS ile x TBE) ve 30 dk. 7000 x g de süpernatant kaldırmak ve DNA AuNRs kalan sıvı (~ 40 µL) resuspend santrifüj. DNA-AuNRs konsantrasyonu bir UV-VIS emme ölçüm üzerinden 4.4.5 adımda anlatıldığı gibi tahmin ediyoruz.
    Not: Çözüm biraz 'bulutlu' adımlar 5,3 5,4 CTAB değiştirme nedeniyle AuNRs yüzey thiol-DNA tarafından haline gelebilir. Çözüm ~ 35 ° C'ye kadar 5 min için ısınma üzerine açık olmak.

6. altın nanorods DNA origami şablonları Meclisi

  1. MgCl2 saf DNA-AuNRs, 10 mM son bir konsantrasyon için çözüm ekleyin. Saf DNA-AuNRs ve origami 10:1 oranı için karıştırın.
    Not: Ürün verim43daha düşük bir oranı düşebilir.
  2. Bir mikser 40 ° C sıcaklık denetiminden 20 ° c ile karışımı 400 rpm, aşağıdaki Tablo 2' deki yordamı sallayarak süre tavlamak.
    Not: CD karakterizasyonu için örnek sonra bu adımı daha fazla arıtma olmadan ölçülebilir.
  3. Son origami-AuNR yapıları arındırmak için % 0.7 özel Jel Elektroforez (80 V 3,5 h) kullanın.
  4. Beyaz bir ışık transilluminator görüntüleme için kullanın. Ürün grubu (origami-AuNR dimer) kesme (şekil 3), bir parafilm jel şut ve sıvı ayıklayın. Pipet sıvı santrifüj filtre ünitesi ve 3000 x g 5 dakika süreyle spin içine çözümde origami-AuNRs Resuspend. Yaklaşık % 50 jel gelen kurtarma verimidir.
  5. UV-VIS emme ölçüm origami-AuNR yapılardan konsantrasyonu 4.4.5 adımda anlatıldığı gibi tahmin ediyoruz.

7. iletim elektron mikroskobu görüntüleme

Not: Bu uranyl Format (UFo) protokolü boyama önceki edebiyat44uyarlanmıştır.

  1. Mix 200 µL UFo çözüm (%0,75) ve 1 µL NaOH (5 M) ve girdap hemen 2-3 dakika süreyle santrifüj kapasitesi 14.000 x gde 3-4 dk için leke çözüm. Leke (örneğin, bu alüminyum folyo sarma tarafından) ışık pozlama korumak.
    Dikkat: UFo inhale veya yuttu ve göz tahrişine neden olabilir zehirli. Kısa maruz kalma veya düşük kirliliği durumunda, bir solunum filtre aygıtı kullanın. Kurslarımız yoğunlaştırılmış ya da daha uzun pozlama söz konusu olduğunda, kendi kendine yeten bir solunum koruma cihazı kullanın. Eldiven giymek. Eldiven malzeme geçirimsiz ve UFo ve çözümleri için dayanıklı olmalı. Sıkı kapalı giyim gözlük.
  2. Parlaklık-karbon/formvar-kaplı TEM Izgaralar 6 için deşarj s hydrophilicity artırmak ve yapıları yapışmasını teşvik sadece kullanmadan önce. 5 µL örnek damla TEM ızgara üzerinde pipet, 5-8 dk için kuluçkaya ve filtre kağıdı kılavuz kenarıyla hafifçe dokunarak açılır kaldırın.
  3. Bir damla büyük (~ 20 µL) ve küçük (~ 10 µL) bir parafilm üzerinde leke çözümün pipet. Kılavuz küçük leke çözüm teslimi koymak ve hemen filtre kağıdı kılavuz kenarıyla dokunarak kuru. O zaman, üstünde belgili tanımlık büyük leke çözüm damla 30 koymak s.
  4. Sıvı çizgilerini kılavuz kenarıyla filtre kağıdı dokunarak kaldırın. Kılavuz kılavuz tutucuya yerleştirin. En az 10 dk kurumaya kılavuz için bekleyin.
  5. Origami (şekil 4), AuNRs (şekil 5) ve origami-AuNRs (şekil 6) tarafından TEM örnekleri karakterize.

8. dairesel dichroism ölçüm

  1. N2 20 dk için CD Spektrometre temizle.
    Not: Çoğu CD Spektrometreler, N2 lamba ateşleme önce tasfiye gerektirir. CD Spektrometre el kitabına bakın.
  2. Bant genişliği, tarama aralığı ve satın alma adım ayarlayın.
    Not: AuNRs boyutuna bağlıdır AuNRs optik özelliklerini tarama aralığı bağlıdır.
  3. Ölçü birimi ile arabellek boş CD.
  4. Origami-AuNR örnekleri (Şekil 7) CD spectra ölçmek.
    Not: Quart veya cam cuvettes CD ölçüm için kullanın. Plastik cuvettes CD spektroskopisi için uygun. Ayrıca, çoğu CD Spektrometreler emme ve CD verilerini aynı anda satın izin ver.

Representative Results

DNA origami şablonları, AuNRs ve son origami-AuNR derlemeler TEM görüntülerini şekil 4, şekil 5ve şekil 6A, sırasıyla görüntülenir. TEM ızgaralara onların bağlama tercihi nedeniyle origami-AuNR derlemeler genellikle paralel origami demetleri ve çubuklar (şekil 6A) görülmektedir. Termal tavlama AuNRs doğru hizalama origami şablonları (şekil 6A, B) için gereklidir. Protokol AuNRs derlemeye kiral metamolecules güçlü Plazmonik CD yanıt (Şekil 7) ile yüksek verim sağlar.

Sıcaklık (° C) Zaman
80 15 dk
79 - 71 1 ° C/1 dk
70 - 66 1 ° C/5 dk
65 - 60 1 ° C/30 dk
59 - 37 1 ° C/60 dk
36 - 30 1 ° C/15 dk
29 - 20 1 ° C/5 dk
20 Basılı tutun

Tablo 1: Sıcaklık ve termal DNA origami Şablonlar / tavlama için oranları.

Sıcaklık (° C) Süresi (dk)
40 130
36 180
32 180
22 Basılı tutun

Tablo 2: sıcaklık ve AuNRs ve DNA origami Şablonlar / tavlama için holding kez. Adımları arasında soğutma hızı 0.1 ° C/dak ayarlanır. DNA origami-AuNR örnekleri 400 devir / dakikada sallayarak süre komplementer.

Figure 1
Resim 1 : DNA origami şablonu esas alan kiral metamolecules tasarımını. Altın nanorods (AuNRs) istenen göreli kayma düzenlenmesi ve DNA origami şablon uygun bir şekil(a)tanımlayın. (B) AuNRs (DAuNR, LAuNR) ve origami şablonu (Worigami, Lorigami, Θ) yapısal parametrelerini tahmin etmek. Daha fazla değişiklik ihtiyacınız zımba yaklaşık konumunu bulun. (C) tasarım DNA origami şablonları kullanarak caDNAno. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : Özel Jel Elektroforez origami. (A)arıtma % 1 özel Jel Elektroforez için 2 h 80 (B) karakterizasyonu V. V. 80 4 h için % 2 özel Jel Elektroforez ile ile Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 : Özel Jel Elektroforez arıtma origami-AuNRs. Jel (% 0,7) 3.5 h için 80 V için aşağıdaki derleme yordamı olan/olmayan yordam tavlama örnekleri (10:1 DNA-AuNRs-origami oranı) ve farklı DNA-AuNR-origami döner sermayeyle (20:1, 5:1) hazırlanan örnekleri, çalıştırıldı. Grup 1, 2 ve 3 örneklerinde TEM görüntü için bkz: şekil 6. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 : DNA origami şablonları görüntüsünü temsilcisi TEM. Origami yapı iskele strand tarafından birbirine bağlı iki 14-helix demetleri (80 nm x 16 nm x 8 nm) oluşur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5 : AuNRs görüntüsünü temsilcisi TEM. Sentezlenmiş AuNRs ortalama boyutları 70 x 30 yaşın nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6 : Origami-AuNR derlemeler görüntülerini TEM. (A)AuNR dimer (Grup 1 Şekil3) tavlama sonra origami üzerinde. (B) AuNR dimer üzerinde origami olmadan tavlama (grupta 2 şekil 3). (C) Origami-AuNR toplar ( şekil 3' te 3 band). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7 : CD spectra origami-AuNR derlemeler. Kapalı yapıları (sağ elini kullanan bir yapılandırmayla 50 ° arasında iki origami demetleri içine kilit lifler tarafından sabit origami şablonları) CD spectra ve açık yapısı (origami şablonları kilit iplikçikleri olmadan). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

İletişim kuralı tüm iş akışını tasarım, montaj, arıtma ve DNA origami tabanlı kiral derlemelerini AuNRs karakterizasyonu ve tanıttı. İletişim kuralında kullanılan DNA origami şablonları uyaranlara duyarlı derlemeler imalatı için özellikle uygundur. Yanıt türleri ve functionalizes origami şablonu (şekil 1B)24,25,26,31kiral durumunu tanımlamak kilit iplikçikler halinde dahil edilebilir. Statik derlemeler için daha basit blok şeklinde şablonlar çoğu kez yeterli14,45,46,47.

DNA origami dayalı yaklaşım Plazmonik nanostructure imalatı için DNA origami tekniği48sınırlamaları devralır. Origami şablonları boyutunu genellikle iskele strand boyutuyla sınırlıdır. DNA yapıları kararlılığını hukuk-tuz koşullar altında azalır. Sentetik Elyaf maliyeti oldukça yüksek kalır ayrılmaktadır. Ancak, yapısal DNA nanoteknoloji alanında son gelişmeler makarna bu sınırlamalar49,50,51,52,53,54 üstesinden bekleniyor , 55.

AuNRs34,35,36,37kiral derlemeler oluşturmak için diğer moleküler tabanlı yaklaşımlara göre DNA Origamisi kayma duyarlık ve programlama yüksek düzeyde sağlar.

Kiral derlemeler güvenilir ve tekrarlanabilir optik yanıt ulaşmak için kalite ve optik özellikleri ticari ürünlerin toplu işlemleri arasında değişebilir bu yana AuNR sentez40, protokollerde adapte kesinlikle öneririz. Ek tavlama (6.2) kez AuNRs doğru eki DNA origami şablonlarına (şekil 6) sağlamak için çok önemli bir adımdır.

Son olarak, burada açıklanan protokol kiral derlemeler için sınırlı değildir. DNA Origamisi karmaşık Plazmonik nanoyapıların9,10imalatı için çok esnek bir platform sağlar.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar S. Voutilainen CD Spektrometre ile ona yardım için teşekkür ederiz. Yazarlar imkanları ve Aalto Üniversitesi'nde OtaNano - Nanomicroscopy Merkezi (Aalto-NMC) tarafından teknik destek sağlanması kabul etmiş oluyorsunuz. Bu eser Finlandiya Akademisi (grant 308992) tarafından desteklenen ve Avrupa Birliği'nin ufuk 2020 araştırma ve yenilik programı Marie Skłodowska-Curie altında hibe sözleşmesi No 71364.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rothemund, P. W. K. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440, 297-302 (2006).
  2. Wang, P., Meyer, T. A., Pan, V., Dutta, P. K., Ke, Y. The Beauty and Utility of DNA Origami. Chem. 2, 359-382 (2017).
  3. Hong, F., Zhang, F., Liu, Y., Yan, H. DNA Origami: Scaffolds for Creating Higher Order Structures. Chemical Reviews. 117, 12584-12640 (2017).
  4. Roller, E. -M., Argyropoulos, C., Högele, A., Liedl, T., Pilo-Pais, M. Plasmon-Exciton Coupling Using DNA Templates. Nano Letters. 16, 5962-5966 (2016).
  5. Acuna, G. P., et al. Fluorescence Enhancement at Docking Sites of DNA-Directed Self-Assembled Nanoantennas. Science. 338, 506-510 (2012).
  6. Roller, E. -M., et al. DNA-Assembled Nanoparticle Rings Exhibit Electric and Magnetic Resonances at Visible Frequencies. Nano Letters. 15, 1368-1373 (2015).
  7. Liu, Q., Song, C., Wang, Z. -G., Li, N., Ding, B. Precise organization of metal nanoparticles on DNA origami template. Methods. 67, 205-214 (2014).
  8. Roller, E. -M., et al. Hotspot-mediated non-dissipative and ultrafast plasmon passage. Nature Physics. 13, 761-765 (2017).
  9. Liu, N., Liedl, T. DNA-Assembled Advanced Plasmonic Architectures. Chemical Reviews. 118, 3032-3053 (2018).
  10. Kuzyk, A., Jungmann, R., Acuna, G. P., Liu, N. DNA Origami Route for Nanophotonics. ACS Photonics. 5, 1151-1163 (2018).
  11. Kuzyk, A., et al. DNA-based self-assembly of chiral plasmonic nanostructures with tailored optical response. Nature. 483, 311-314 (2012).
  12. Shen, X., et al. Three-Dimensional Plasmonic Chiral Tetramers Assembled by DNA Origami. Nano Letters. 13, 2128-2133 (2013).
  13. Liu, H., Shen, X., Wang, Z. -G., Kuzyk, A., Ding, B. Helical nanostructures based on DNA self-assembly. Nanoscale. 6, 9331-9338 (2014).
  14. Shen, X., et al. 3D plasmonic chiral colloids. Nanoscale. 6, 2077-2081 (2014).
  15. Urban, M. J., et al. Plasmonic Toroidal Metamolecules Assembled by DNA Origami. Journal of the American Chemical Society. 138, 5495-5498 (2016).
  16. Hentschel, M., Schäferling, M., Duan, X., Giessen, H., Liu, N. Chiral plasmonics. Science Advances. 3, 1602735 (2017).
  17. Cecconello, A., Besteiro, L. V., Govorov, A. O., Willner, I. Chiroplasmonic DNA-based nanostructures. Nature Reviews Materials. 2, 17039 (2017).
  18. Lan, X., Wang, Q. Self-Assembly of Chiral Plasmonic Nanostructures. Advanced Materials. 28, 10499-10507 (2016).
  19. Shen, C., et al. Spiral Patterning of Au Nanoparticles on Au Nanorod Surface to Form Chiral AuNR@AuNP Helical Superstructures Templated by DNA Origami. Advanced Materials. 29, 1606533 (2017).
  20. Zhou, C., Duan, X., Liu, N. A plasmonic nanorod that walks on DNA origami. Nature Communications. 6, 8102 (2015).
  21. Douglas, S. M., et al. Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno. Nucleic Acids Research. 37, 5001-5006 (2009).
  22. 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, 2862-2868 (2012).
  23. Maffeo, C., Yoo, J., Aksimentiev, A. De novo reconstruction of DNA origami structures through atomistic molecular dynamics simulation. Nucleic Acids Research. 44, 3013-3019 (2016).
  24. Kuzyk, A., et al. Reconfigurable 3D plasmonic metamolecules. Nature Materials. 13, 862-866 (2014).
  25. Kuzyk, A., et al. A light-driven three-dimensional plasmonic nanosystem that translates molecular motion into reversible chiroptical function. Nature Communications. 7, 10591 (2016).
  26. Kuzyk, A., Urban, M. J., Idili, A., Ricci, F., Liu, N. Selective control of reconfigurable chiral plasmonic metamolecules. Science Advances. 3, 1602803 (2017).
  27. Gerling, T., Wagenbauer, K. F., Neuner, A. M., Dietz, H. Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non-base pairing 3D components. Science. 347, 1446-1452 (2015).
  28. Zhou, C., Duan, X., Liu, N. DNA-Nanotechnology-Enabled Chiral Plasmonics: From Static to Dynamic. Accounts of Chemical Research. 50, 2906-2914 (2017).
  29. Ijäs, H., et al. Dynamic DNA Origami Devices: from Strand-Displacement Reactions to External-Stimuli Responsive Systems. International Journal of Molecular Sciences. 19, 2114 (2018).
  30. Lan, X., et al. DNA-Guided Plasmonic Helix with Switchable Chirality. Journal of the American Chemical Society. 140, 11763-11770 (2018).
  31. Funck, T., Nicoli, F., Kuzyk, A., Liedl, T. Sensing Picomolar Concentrations of RNA Using Switchable Plasmonic Chirality. Angewandte Chemie International Edition. 57, 13495-13498 (2018).
  32. Zhou, C., Xin, L., Duan, X., Urban, M. J., Liu, N. Dynamic Plasmonic System That Responds to Thermal and Aptamer-Target Regulations. Nano Letters. 18, 7395-7399 (2018).
  33. Zhan, P., et al. Reconfigurable Three-Dimensional Gold Nanorod Plasmonic Nanostructures Organized on DNA Origami Tripod. ACS Nano. 11, 1172-1179 (2017).
  34. Ma, W., et al. Attomolar DNA detection with chiral nanorod assemblies. Nature Communications. 4, 2689 (2013).
  35. Ma, W., et al. Chiral plasmonics of self-assembled nanorod dimers. Scientific Reports. 3, 1934 (2013).
  36. Guerrero-Martínez, A., et al. Intense Optical Activity from Three-Dimensional Chiral Ordering of Plasmonic Nanoantennas. Angewandte Chemie International Edition. 50, 5499-5503 (2011).
  37. Kumar, J., et al. Detection of amyloid fibrils in Parkinson's disease using plasmonic chirality. Proceedings of the National Academy of Sciences. 115, 3225-3230 (2018).
  38. 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, 12735-12740 (2014).
  39. Shaw, A., Benson, E., Högberg, B. Purification of Functionalized DNA Origami Nanostructures. ACS Nano. 9, 4968-4975 (2015).
  40. Ye, X., et al. Improved Size-Tunable Synthesis of Monodisperse Gold Nanorods through the Use of Aromatic Additives. ACS Nano. 6, 2804-2817 (2012).
  41. Near, R. D., Hayden, S. C., Hunter, R. E., Thackston, D., El-Sayed, M. A. Rapid and Efficient Prediction of Optical Extinction Coefficients for Gold Nanospheres and Gold Nanorods. The Journal of Physical Chemistry C. 117, 23950-23955 (2013).
  42. Shi, D., Song, C., Jiang, Q., Wang, Z. -G., Ding, B. A facile and efficient method to modify gold nanorods with thiolated DNA at a low pH value. Chemical Communications. 49, 2533-2535 (2013).
  43. Gür, F. N., Schwarz, F. W., Ye, J., Diez, S., Schmidt, T. L. Toward Self-Assembled Plasmonic Devices: High-Yield Arrangement of Gold Nanoparticles on DNA Origami Templates. ACS Nano. 10, 5374-5382 (2016).
  44. Castro, C. E., et al. A primer to scaffolded DNA origami. Nature Methods. 8, 221-229 (2011).
  45. Lan, X., et al. Bifacial DNA Origami-Directed Discrete, Three-Dimensional, Anisotropic Plasmonic Nanoarchitectures with Tailored Optical Chirality. Journal of the American Chemical Society. 135, 11441-11444 (2013).
  46. Lan, X., et al. Au Nanorod Helical Superstructures with Designed Chirality. Journal of the American Chemical Society. 137, 457-462 (2015).
  47. Zhu, C., Wang, M., Dong, J., Zhou, C., Wang, Q. Modular Assembly of Plasmonic Nanoparticles Assisted by DNA Origami. Langmuir. (2018).
  48. Pinheiro, A. V., Han, D., Shih, W. M., Yan, H. Challenges and opportunities for structural DNA nanotechnology. Nature Nanotechnology. 6, 763-772 (2011).
  49. Ducani, C., Kaul, C., Moche, M., Shih, W. M., Högberg, B. Enzymatic production of 'monoclonal stoichiometric' single-stranded DNA oligonucleotides. Nature Methods. 10, 647-652 (2013).
  50. Praetorius, F., et al. Biotechnological mass production of DNA origami. Nature. 552, 84-87 (2017).
  51. Wagenbauer, K. F., Sigl, C., Dietz, H. Gigadalton-scale shape-programmable DNA assemblies. Nature. 552, 78-83 (2017).
  52. Zhang, T., et al. 3D DNA Origami Crystals. Advanced Materials. 30, 1800273 (2018).
  53. Ong, L. L., et al. Programmable self-assembly of three-dimensional nanostructures from 10,000 unique components. Nature. 552, 72-77 (2017).
  54. Ponnuswamy, N., et al. Oligolysine-based coating protects DNA nanostructures from low-salt denaturation and nuclease degradation. Nature Communications. 8, 15654 (2017).
  55. Agarwal, N. P., Matthies, M., Gür, F. N., Osada, K., Schmidt, T. L. Block Copolymer Micellization as a Protection Strategy for DNA Origami. Angewandte Chemie International Edition. 56, 5460-5464 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics