Montering af guld Nanorods i Chiral Plasmonic Metamolecules ved hjælp af DNA Origami skabeloner

Chemistry
 

Summary

Vi beskriver detaljerede protokollen til DNA origami-baserede samling af guld nanorods i chiral plasmonic metamolecules med stærk chiroptical svar. Protokollen er ikke begrænset til chiral konfigurationer og nemt kan tilpasses fremstilling af forskellige plasmonic arkitekturer.

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

Den iboende adresserbarhed DNA origami strukturer gør dem ideelle skabeloner til arrangement af metal nanopartikler i komplekse plasmonic nanostrukturer. Høj rumlige præcisionen af et DNA origami-skabelonbaserede forsamling giver mulighed for kontrol kobling mellem plasmonic resonanser individuelle partiklers og muliggør skræddersy optiske egenskaber af den beregnede nanostrukturer. For nylig, chiral plasmonic systemer tiltrak en masse opmærksomhed på grund af den stærke sammenhæng mellem rumlige konfigurationen af plasmonic forsamlinger og deres optiske svar (f.eks. cirkulære dichroism [CD]). I denne protokol beskriver vi hele arbejdsprocessen for generation af DNA origami-baserede chiral forsamlinger af guld nanorods (AuNRs). Protokollen indeholder en detaljeret beskrivelse af de designprincipper og eksperimentelle procedurer for fabrikation af DNA origami skabeloner, syntesen af AuNRs og samling af origami-AuNR strukturer. Derudover er karakterisering af strukturer ved hjælp af transmissions elektronmikroskopi (TEM) og CD spektroskopi inkluderet. Den beskrevne protokol er ikke begrænset til chiral konfigurationer og kan tilpasses til opførelse af forskellige plasmonic arkitekturer.

Introduction

DNA nanostrukturer, DNA origami især har været udbredt at arrangere molekyler og andre nanoskala komponenter (fx proteiner og nanopartikler [NPs]), med nanometer præcision i næsten vilkårlige geometrier1,2 , 3 , 4 , 5. evnen til at arrangere metal NPs på DNA origami skabeloner med et højt udbytte og nøjagtighed giver mulighed for fabrikation af plasmonic strukturer med romanen optiske egenskaber6,7,8, 9 , 10. DNA origami teknik er især nyttigt for generation af chiral plasmonic strukturer, som kræver ægte tre-dimensionelle arkitekturer11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.

Denne protokol beskriver i detaljer hele processen med fremstilling af DNA origami-skabelonbaserede chiral forsamlinger af AuNRs. Softwaren anvendes til design21 og struktur forudsigelse22,23 af DNA origami er intuitiv og frit tilgængelige. Origami fabrikation og AuNR syntese bruge fælles biokemi lab udstyr (f.eks. termocyklere, gelelektroforese, kogeplader, centrifuger). Strukturerne, der er karakteriseret ved hjælp af standard TEM og CD spektroskopi.

Fabrikation af lignende plasmonic nanostrukturer med top-down metoder (fx elektron beam litografi) ville kræve temmelig kompliceret og dyrt udstyr. Derudover giver DNA origami skabeloner mulighed for at indarbejde strukturelle rekonfigurerbarhed i plasmonic assemblies24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, som er ekstremt udfordrende for strukturer fabrikeret med litografi teknikker. Sammenlignet med andre Molekylær-baserede tilgange34,35,36,37, giver DNA origami-baserede fabrikation en høj grad af rumlig nøjagtighed og programmering.

Protocol

1. design af DNA-origami

  1. Identificere den ønskede relative rumlige arrangement af AuNRs og den passende form af DNA origami skabelon (fig. 1A). Anslå de strukturelle parametre af AuNRs og origami skabeloner. Find de omtrentlige positioner af hæfteklammer, der har brug for yderligere ændring (figur 1B).
  2. Hent og Installer caDNAno18 for at designe et DNA origami skabelon. I caDNAno, route stillads og korte tråde efter den ønskede form af skabelonen og generere den korte tråde rækkefølge ved at klikke på Seq værktøj. Klik på Paint værktøj og markere de korte tråde, der kræver yderligere modifikation (figur 1C).
  3. Klik på Eksportværktøj til at eksportere de korte DNA-sekvenser (figur 1C) til en .csv-fil.
  4. Design-dobbelt-strenget låse til at rette vinklen Θ mellem de to origami bundter. Alt efter den relative orientering af de to bundter, kan origami konstruktion tilpasse venstre - eller højre hånd (LH/RH) chiral rumlig konfiguration (figur 1B).
  5. Importere hæfteklammer.csv-filen i et regnearksprogram. Tilføje en polyA10 sekvens i slutningen af hæfteklammer anvendes til AuNR montage (håndtag). Ændre de korte tråde på designet lås websteder med lås sekvenser.
    Bemærk: Forsamlinger i de repræsentative resultater indeholder 36 håndtag fremspringende ultimo 3' de korte tråde, 18 på hver DNA origami bundt, ligeligt fordelt på to parallelle helices hver 21 nt. Afstanden mellem først og den sidste håndtag position er 168 nt, ca 57 nm (Se vedlagte caDNAno fil).

2. montering af DNA origami skabeloner

  1. Forberede en arbejdende bestand af korte tråde (SM), herunder tråde med håndtag og låse, ved at blande lige store mængder af koncentration-normaliseret korte oligonukleotider (f.eks., 100 µM).
    Bemærk: Origami strukturer som regel indeholder flere hundrede af korte tråde. Hæfteklammer er typisk købt hos leverandører med speciale i den kemiske syntese af DNA oligonukleotider i flerhuls (fx, 96-brønd) plader.
  2. Til 500 µL af 10 nM origami, Bland 50 µL af Tris-EDTA (TE, 10 x), 100 µL af MgCl2 (100 mM), 25 µL af NaCl (100 mM), 175 µL af H2O, 100 µL af SM (0,5 µM), 5 µL af lock delområder (5 µM) , og en 50 µL stillads (100 nM).
  3. Anneal blandingen i en thermocycler fra 80 ° C til 20 ° C, som beskrevet i tabel 1.

3. DNA origami rensning

Bemærk: Dette afsnit beskriver protokollen til Agarosen gel rensning. DNA origami skabeloner kan også renses ved hjælp af alternative metoder38,39.

  1. For 1% gel, opløse 1 g af Agarosen i 100 mL af Tris-Borat-EDTA (TBE, 0,5 x) ved opvarmning blanding i en mikrobølgeovn. Tilsæt 10 µL af 10.000 x DNA bejdse efter pletten specifikation. For at minimere eksponering for UV-lys på ekstraktionstrinet (trin 3.6), skal du bruge en DNA plet, der kan visualiseres under blå excitation.
  2. Cool løsning til ca 40 ° C og tilsættes langsomt 1 mL af MgCl2 (1,3 M) under omrystning. Støbt gel og Inkuber i 30 min. ved stuetemperatur.
  3. Indstil enheden, elektroforese og hæld koldt (4 ° C) kører buffer (0,5 x TBE med 11 mM MgCl2) i boksen gel. Placer boksen gel i et bad med is vand.
  4. Tilføje loading bufferen til origami prøver (6 x loading bufferen indeholder 15% polysucrose 400 og 0,25% bromophenol blå i vand). Indlæse prøverne i brønde med en ordentlig mængde ifølge kam anvendes (f.eks., 50 µL for en 8-godt kammen af 1,5 mm i tykkelse).
  5. Kør elektroforese for 2 h 80 V.
    Bemærk: For at karakterisere origami og adskille de åbne og lukkede struktur, bruge 2% gel i stedet for 1% og forlænge den køretid til 4 h.
  6. Image gel med gel imager (figur 2). Bruge en blå lys transilluminator at visualisere bandene, skære origami band, smadre gel på en parafilm og udtrække væske. Recovery udbyttet er ca. 40%.
  7. Der afpipetteres væsken i en centrifugal filterenhed og spin på 3.000 x g i 5 min. måle absorptionen af origami løsning på 260 nm med en UV-synlige (UV-VIS) spektrometer. Skøn af den koncentration af origami ved hjælp af en udslettelse koefficient af 1,3 x 108 M-1·cm-1.
    Bemærk: Den typiske koncentration af origami løsning når Agarosen gel rensning er 1-2 nM.
  8. Gemme renset origami skabeloner ved 4 ° C til senere brug.

4. Sammenfatning af guld nanorods

Bemærk: Protokol for AuNR syntese er tilpasset fra tidligere litteratur40 med mindre ændringer.

  1. Vask alle glasvarer med aqua regia i 5 min., skyl det med vand, sonikeres det med ultrarent vand og tør det inden brug.
  2. Forberede 0,2 M hexadecyltrimethylammonium bromid (CTAB), 1 mM HAuCl4, 4 mM AgNO3, 64 mM L (+)-ascorbinsyre og 6 mM Kristian4. Brug koldt vand (4 ° C) til at opløse Kristian4 og holde det i køleskab ved 4 ° C. Ascorbinsyre løsning skal være frisk fremstillede.
    Forsigtig: CTAB er farlige i tilfælde af kontakt med huden (lokalirriterende), øjenkontakt (lokalirriterende), indtagelse og indånding. Bær passende beskyttelsesdragt. I tilfælde af utilstrækkelig ventilation, brug egnet åndedrætsværn. Kristian4 er yderst farlig ved hudkontakt (lokalirriterende), øjenkontakt (lokalirriterende), indtagelse og indånding. Bære splash beskyttelsesbriller, en laboratoriekittel, handsker og en dampe og støv respirator. Sørg for at bruge en godkendt/certificeret respirator eller tilsvarende.
  3. Forberede Au frø.
    1. Tilsættes 500 µL af CTAB (0,2 M), 250 µL ultrarent vand og 250 µL af HAuCl4 (1 mM) i et hætteglas. Rør ved 450 rpm ved stuetemperatur i 5 min.
    2. Øge omrøring 1.200 omdrejninger. Tilsæt 100 µL koldt Kristian4 løsning (6 mM, 4 ° C). Efter 2 min, stoppe omrøring og inkuberes løsning i et vandbad ved 30 ° C i 30 min før brug.
  4. Forberede AuNRs.
    1. 0,55 g af CTAB og 0.037 g i 2,6-dihydroxybenzoic syre i 15 mL varmt vand (60-65 ° C) opløses i en runde-bunden kolbe. Køle ned løsningen til 30 ° C, tilføje 600 µL af AgNO3 (4 mM), og rør på 450 rpm i 2 min. Derefter forlade løsningen uforstyrret i 15 min. ved 30 ° C.
    2. Tilsættes 15 mL HAuCl4 (1 mM) til løsningen, og rør på 450 rpm i 15 min. tilføje 120 µL af L (+)-ascorbinsyre (64 mM), og derefter straks, rør ved 1.200 omdrejninger for 30 s. tilføje 12 µL af Au frø, og holde omrøring ved 1.200 omdrejninger for 30 s.
    3. Inkuber løsning i et vandbad ved 30 ° C i 18 h. Ikke forstyrrer løsningen og bruge en hue til kolben.
    4. Den resulterende opløsning overføres til centrifugeglas, og der centrifugeres ved 9.500 x g i 12 min. ved 20 ° C. Supernatanten, sprede pellet i 20 mL i ultrarent vand og udføre et centrifugering skridt.
    5. Sprede den endelige pellet i 3 mL destilleret vand. Skøn af den koncentration af AuNRs fra en UV-VIS absorption måling ved hjælp af udryddelse koefficient for langsgående plasmon resonans. Extinction koefficient kan forudsiges ved hjælp af AuNR form parametre41. Opbevar AuNRs ved 4 ° C for yderligere brug.

5. functionalization af guld nanorods med enkeltstrenget DNA

Bemærk: Dette afsnit beskriver den protokol for AuNR functionalization med enkeltstrenget DNA (ssDNA), efter den såkaldte lav pH rute tilpasset fra tidligere litteratur42. AuNRs dækket med DNA er renset ved centrifugering; Alternativt, rensning kan udføres ved hjælp af Agarosen gelelektroforese.

  1. Inkuber 20 µL af thiol-functionalized cit. DNA-strenge (1 mM) med 20 µL af frisklavede tris(2-carboxyethyl) phosphine hydrochlorid (TCEP, 14 mM) for 1 h at reducere disulfid obligationer.
    Bemærk: Formen thiol obligationer med AuNRs og cit. sekvens hybridiserer med polyA10 håndtag på origami, hvor alt for mange eller for få basepar kan føre til funktionsfejl eller en ustabil forsamling.
    Forsigtig: TCEP kan forårsage hudforbrændinger af alvorlige og øjenskader. Bære beskyttende handsker/beskyttende tøj/eye protection/ansigtsskærm.
  2. Mix 150 µL af AuNRs (10 nM) og 40 µL af TCEP-behandlede thiol-DNA (0,5 mM). Tilføj 1% natriumsulfat dodecylbenzensulfonsyremethylester (SDS) til AuNR løsningen at nå frem til en endelig SDS koncentration på 0,05%. PH indstilles til 2,5-3 med ~ 1 µL af HCl (1 M).
  3. Der inkuberes i 2 h mens ryste på 70 rpm.
    Bemærk: AuNR til DNA-forholdet skal være i størrelsesordenen 1:5, 000-15.000, afhængigt af størrelsen af stængerne. For AuNRs (70 nm x 30 nm) udarbejdet følgende til protokollen, beskrevet i afsnit 4, en 13.000 overskydende thiol-DNA anbefales.
  4. Tilføje NaCl for at nå frem til en endelig NaCl samordning af 0,5 M og der inkuberes i 4 timer ved stuetemperatur mens ryste på 70 rpm.
    Bemærk: Et farveskift på dette trin kan indikere en mislykket DNA-functionalization.
  5. PH indstilles til ~8.5 med TBE buffer (10 x), og der inkuberes natten over.
  6. Vaske DNA-AuNRs 4 x ved at blande prøverne med 1 mL vask buffer (0,5 x TBE med 0,1% SDS), og der centrifugeres ved 7.000 x g i 30 min. Fjern supernatanten og resuspend DNA-AuNRs i den resterende væske (~ 40 µL). Skøn af den koncentration af DNA-AuNRs fra en UV-VIS absorption måling som beskrevet i trin 4.4.5.
    Bemærk: Løsningen kunne blive lidt 'grumset' skridt 5.3 5.4 på grund af CTAB erstatning fra overfladen af AuNRs af thiol-DNA. Løsningen skal tydeligt, ved opvarmning op til ~ 35 ° C i 5 min.

6. montering af guld nanorods på DNA origami skabeloner

  1. Tilføj MgCl2 til løsningen af oprenset DNA-AuNRs, til en slutkoncentration på 10 mM. Bland oprenset DNA-AuNRs og origami til forholdet 10:1.
    Bemærk: Et lavere forhold kan nedsætte produkt udbyttet43.
  2. Anneal blandingen i en mixer med en temperaturkontrol fra 40 ° C til 20 ° C under omrystning på 400 rpm, efter proceduren i tabel 2.
    Bemærk: For CD karakterisering, prøven kan måles efter dette trin uden yderligere rensning.
  3. Bruge 0,7% Agarosen gelelektroforese (3,5 h på 80 V) til at rense de endelige origami-AuNR strukturer.
  4. Bruge en hvid lys transilluminator til billedbehandling. Skære produkt band (origami-AuNR dimer) (figur 3), smadre gel på en parafilm, og uddrag flydende. Pipette flydende til en centrifugal filterenhed og spin på 3.000 x g i 5 min. Resuspend origami-AuNRs i løsningen. Opsving udbyttet fra gelen er ca 50%.
  5. Skøn af den koncentration af origami-AuNR strukturerne fra en UV-VIS absorption måling som beskrevet i trin 4.4.5.

7. transmissions Elektron Mikroskopi imaging

Bemærk: Denne uranyl formate (UFo) farvning protokol er tilpasset fra tidligere litteratur44.

  1. Mix 200 µL af UFo løsning (0,75%) og 1 µL af NaOH (5 M) og vortex straks for 2-3 min. derefter centrifugeres pletten løsning for 3-4 min på 14.000 x g. Beskytte pletten fra lys eksponering (f.eks. ved at omkranse dem i aluminiumsfolie).
    Forsigtig: UFo er giftigt ved indånding eller indtagelse og kan forårsage øjenirritation. Kortvarig påvirkning eller lav forurening skal bruge en respiratorisk filter enhed. Ved intensiv eller længere eksponering, bruge en selvstændig respiratorisk tyverisikringen. Bære handsker. Handske materiale har at være uigennemtrængelige og modstandsdygtige over for UFo og sine løsninger. Brug tætsluttende beskyttelsesbriller.
  2. Glød-udledning CO2/formvar-belagt TEM gitre til 6 s lige før brug for at øge hydrofiliciteten og fremme stikning af strukturer. Tilsæt 5 µL prøve dråber på gitteret TEM, inkuberes i 5-8 min, og fjern drop ved forsigtigt at røre ved et filtrerpapir med kanten af gitteret.
  3. Med pipette udtages en stor (~ 20 µL) og et lille (~ 10 µL) slip af pletten løsning på en parafilm. Sætte nettet på den lille plet løsning drop og tør straks ved at røre ved filtrerpapir med kanten af gitteret. Derefter sætte det på den store plet løsning drop til 30 s.
  4. Fjern væsken på nettet ved at røre ved filtrerpapir med kanten af gitteret. Sted gitter i gitteret indehaveren. Vente på nettet for at tørre i mindst 10 min.
  5. Karakterisere prøver af origami (figur 4), AuNRs (figur 5) og origami-AuNRs (figur 6) af TEM.

8. cirkulære dichroism måling

  1. Rense CD spektrometer med N2 til 20 min.
    Bemærk: De fleste af CD spektrometre kræver udrensning med N2 før lampe tænding. Tjek CD spektrometer manual.
  2. Indstille båndbredde, scanning vifte og erhvervelse trin.
    Bemærk: Den scanning vifte afhænger af AuNRs, som afhænger af størrelsen af AuNRs optiske egenskaber.
  3. Foranstaltning Tom CD med buffer.
  4. Måle CD spektre af origami-AuNR prøver (figur 7).
    Bemærk: Brug Potter eller glas skåle for CD måling. Plastik skåle er uegnet til CD spektroskopi. Også, de fleste CD spektrometre tillade samtidige erhvervelse af absorption og CD-data.

Representative Results

TEM billeder af DNA origami skabeloner, AuNRs og endelige origami-AuNR samlinger er vist i figur 4, figur 5og figur 6A, henholdsvis. På grund af deres bindende præference til TEM gitre, er origami-AuNR forsamlinger normalt ses som parallel origami bundter og stænger (fig. 6A). Termisk udglødning er nødvendig for korrekt justering af AuNRs på origami skabeloner (figur 6A, B). Protokollen giver høje udbytter af AuNRs forsamling i chiral metamolecules med stærk plasmonic CD svar (figur 7).

Temperaturen (° C) Tid
80 15 min
79 - 71 1 ° C/1 min
70 - 66 1 ° C/5 min
65 - 60 1 ° C/30 min
59 - 37 1 ° C/60 min
36 - 30 1 ° C/15 min
29 - 20 1 ° C/5 min
20 Hold

Tabel 1: Temperaturer og priser for den termiske Udglødning af DNA origami skabeloner.

Temperaturen (° C) Tid (min)
40 130
36 180
32 180
22 Hold

Tabel 2: temperaturer og bedrift gange for Udglødning af AuNRs og DNA origami skabeloner. Den afkøling hastighed mellem trinene er fastsat til 0,1 ° C/min. DNA origami-AuNR prøver er udglødet mens ryste på 400 rpm.

Figure 1
Figur 1 : Design af DNA origami-skabelonbaserede chiral metamolecules. (A) identificere den ønskede relative rumlige arrangement af guld nanorods (AuNRs) og en egnet form af DNA origami skabelon. (B) skøn strukturelle parametre for AuNRs (DAuNR, LAuNR) og origami skabelon (Worigami, Lorigami, Θ). Find de omtrentlige positioner af hæfteklammer, der har brug for yderligere ændringer. (C) Design DNA origami skabeloner ved hjælp af caDNAno. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 : Agarosen gelelektroforese af origami. (A) rensning med 1% Agarosen gelelektroforese i 2 timer ved 80 V. (B) karakterisering med 2% Agarosen gelelektroforese i 4 timer ved 80 V. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 : Agarosen gel elektroforese rensning af origami-AuNRs. Gel (0,7%) blev kørt til 3,5 h på 80 V for prøver forberedt efter proceduren for forsamling med forskellige DNA-AuNR-til-origami nøgletal (20:1, 5:1) og prøver (DNA-AuNRs-til-origami forholdet 10:1) med/uden udglødning procedure. For TEM billeder af prøverne i 1, 2 og 3, se figur 6. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 : Repræsentant TEM billede af DNA origami skabeloner. Origami struktur består af to 14-helix bundter (80 nm x 16 nm x 8 nm) kædet sammen af stillads strand. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 : Repræsentant TEM billede af AuNRs. De gennemsnitlige dimensioner af syntetiserede AuNRs er 70 x 30 nm. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 : TEM billeder af origami-AuNR forsamlinger. (A) AuNR dimerer på origami efter udglødning (band 1 i figur 3). (B) AuNR dimerer på origami uden udglødning (band 2 i figur 3). (C) Origami-AuNR aggregater (band 3 i figur 3). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 : CD spektre af origami-AuNR forsamlingerne. CD-spektre af de lukkede strukturer (origami skabelonerne fast ved lås tråde i en højre-håndet konfiguration, med 50° mellem to origami bundter) og den åbne struktur (origami skabeloner uden lås tråde). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Protokollen introducerer den hele arbejdsproces af design, forsamling, oprensning og karakterisering af DNA origami-baserede chiral forsamlinger af AuNRs. DNA origami skabeloner anvendes i protokollen er særligt velegnede til fabrikation af stimuli-responderende forsamlinger. Forskellige typer af svar og functionalizes kan indarbejdes i lock delområder, der definerer den chiral tilstand af origami skabelon (figur 1B)24,25,26,31. For statiske forsamlinger er enklere blok-formet skabeloner ofte tilstrækkelig14,45,46,47.

DNA origami-baseret tilgang til fabrikation af plasmonic nanostrukturer arver begrænsninger af DNA origami teknik48. Størrelsen af origami skabelonerne er typisk begrænset af størrelsen af stillads strand. Stabiliteten af DNA strukturer er reduceret lov-salt betingelser. Omkostninger af syntetiske korte tråde er stadig temmelig højt. Den seneste udvikling i feltet af strukturelle DNA nanotechnology forventes imidlertid at overvinde disse begrænsninger49,50,51,52,53,54 , 55.

Sammenlignet med andre Molekylær-baserede tilgange til at generere chiral forsamlinger af AuNRs34,35,36,37, giver DNA origami en høj grad af rumlig nøjagtighed og programmering.

For at opnå pålidelig og reproducerbar optisk svar af chiral forsamlinger, anbefaler vi kraftigt, tilpasse protokollerne til AuNR syntese40, da kvalitet og optiske egenskaber af kommercielle produkter kan variere mellem partier. Yderligere udglødning (trin 6.2) er ofte afgørende for at sikre den korrekte fastgørelse af AuNRs DNA origami skabeloner (figur 6).

Endelig, den protokol, der er beskrevet her er ikke begrænset til chiral forsamlinger. DNA origami er en meget fleksibel platform for fabrikation af komplekse plasmonic nanostrukturer9,10.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Forfatterne takke S. Voutilainen for hendes hjælp med CD spektrometer. Forfatterne anerkender udbud af faciliteter og tekniske support af Aalto University i OtaNano - Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC). Dette arbejde blev støttet af Finlands Akademi (grant 308992) og EUs Horisont 2020 forskning og innovation program under Marie Skłodowska-Curie tilskudsaftale 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