Montering av guld nanorör till kirala plasmoniska Metamolecules använda DNA-Origami mallar

Chemistry
 

Summary

Vi beskriver det detaljerade protokollet för DNA origami-baserade sammansättning av guld nanorör till kirala plasmoniska metamolecules med starka chiroptical svar. Protokollet är inte begränsat till kirala konfigurationer och kan enkelt anpassas för tillverkning av olika plasmoniska 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 inneboende adressering av DNA origami strukturer gör dem idealiska mallar för arrangemanget av metall nanopartiklar i komplexa plasmoniska nanostrukturer. Den höga rumsliga precisionen en origami-mallade DNA-församling tillåter kontroll av kopplingen mellan plasmoniska resonanser av enskilda partiklar och skräddarsy optiska egenskaper av den konstruerade nanostrukturer. Nyligen, kirala plasmoniska system väckte stor uppmärksamhet på grund av det starka sambandet mellan den rumsliga konfigurationen av plasmoniska sammansättningar och deras optiska svar (t.ex. cirkulärdichroism [CD]). I detta protokoll beskriver vi hela arbetsflödet för generering av DNA origami-baserade kirala sammansättningar av guld nanorör (AuNRs). Protokollet innehåller en detaljerad beskrivning av designprinciperna och de experimentella rutiner för tillverkning av DNA origami mallar, syntesen av AuNRs och montering av origami-AuNR strukturer. Dessutom ingår karakterisering av strukturer som använder transmissionselektronmikroskopi (TEM) och CD-spektroskopi. Protokollet beskrivs är inte begränsat till kirala konfigurationer och kan anpassas för byggandet av olika plasmoniska arkitekturer.

Introduction

Nanostrukturer i DNA, DNA-origami i synnerhet har använts att ordna molekyler och andra nanoskala komponenter (t.ex. proteiner och nanopartiklar [NPs]), med nanometer precision in nästan godtyckliga geometrier1,2 , 3 , 4 , 5. förmåga att ordna metall NPs på DNA origami mallar med hög kapacitet och noggrannhet möjliggör tillverkning av plasmoniska strukturer med romanen optiska egenskaper6,7,8, 9 , 10. DNA-origami teknik är särskilt användbart för generering av kirala plasmoniska strukturer som kräver verkligt tredimensionella arkitekturer11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.

Det här protokollet beskriver i detalj hela processen för tillverkning av DNA origami-mallade kirala sammansättningar av AuNRs. Programvaran används för design21 och struktur förutsägelse22,23 i DNA-origami är intuitivt och fritt tillgängliga. Den origami fabrication och AuNR syntes använder gemensamma biokemi labbutrustning (t.ex. thermocyclers, gelelektrofores, värmeplattor, centrifuger). Strukturer karakteriseras med hjälp av standard TEM och CD-spektroskopi.

Tillverkning av liknande plasmoniska nanostrukturer med top-down metoder (t.ex. electron beam lithography) skulle kräva ganska komplicerad och dyr utrustning. Dessutom tillhandahålla DNA origami mallar möjligheten att införliva strukturella omkonfigurerbarheten i plasmoniska församlingar24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, vilket är extremt utmanande för strukturer som fabricerade med litografi tekniker. Jämfört med andra molekylär-baserade metoder34,35,36,37, ger DNA origami-baserade tillverkning hög rumsliga precision och programmering.

Protocol

1. utformningen av de DNA-origami

  1. Identifiera den önska relativa rumsliga ordningen av AuNRs och lämplig form av mallen för DNA-origami (figur 1A). Uppskatta strukturella parametrar för AuNRs och origami mallarna. Leta upp de ungefärliga positionerna av klammer som behöver ytterligare ändringar (figur 1B).
  2. Hämta och installera caDNAno18 för att designa en mall för DNA-origami. I caDNAno, route de byggnadsställning och häftning trådar enligt önskad form av mallen och generera krampa strands sekvensen genom att klicka på Seq verktyg. Klicka på Paint Tool och markera de krampa trådar som kräver ytterligare ändringar (figur 1C).
  3. Klicka på Exportera verktyg för att exportera de krampa DNA-sekvenserna (figur 1C) till en CSV-fil.
  4. Design dubbelsträngat lås fixar den vinkel Θ mellan två origami buntarna. Beroende på den relativa orienteringen av de två buntarna, kan den origami konstruktionen anpassa vänster - eller högerhänta (VÄ/hö) kirala rumsliga konfiguration (figur 1B).
  5. Importera de häftklamrar.csv-filen till ett kalkylprogram. Lägga till en polyA10 sekvens i slutet av de häftklamrar som används för AuNR montering (handtag). Ändra krampa trådar på utformade lås webbplatser med lock sekvenser.
    Obs: Församlingarna i representativa resultat innehåller 36 handtag utskjutande i 3' slutet av krampa strandar, 18 på varje DNA origami bunt, jämnt fördelade på två parallella spiraler varje 21 nt. Avståndet mellan först och den sista handtag positionen är 168 nt, cirka 57 nm (se den bifoga caDNAno-filen).

2. montering av DNA origami mallar

  1. Förbereda en fungerande lager krampa kardeler (SM), inklusive delarna med handtag och lås, genom att blanda lika mängder koncentration-normaliserade krampa oligonukleotider (t.ex., 100 µM).
    Obs: Origami strukturer innehåller vanligtvis flera hundra krampa kardeler. Staples köps vanligtvis från leverantörer som specialiserar i den kemiska syntesen av DNA oligonukleotider multiwell (t.ex., 96 brunnar) plattor.
  2. För 500 µL 10 nM origami, blanda 50 µL av Tris-EDTA (TE, 10 x), 100 µL av MgCl2 (100 mM), 25 µL av NaCl (100 mM), 175 µL av H2O, 100 µL av SM (0,5 µM), 5 µL lås kardeler (5 µM) , och en 50 µL byggnadsställning (100 nM).
  3. Glödga blandningen i en termocykler från 80 ° C till 20 ° C som beskrivs i tabell 1.

3. DNA origami rening

Obs: Det här avsnittet beskrivs i protokollet för agaros gel rening. DNA-origami mallar kan också renas med hjälp av alternativa metoder38,39.

  1. För 1% gel, lös upp 1 g av agaros i 100 mL Tris-Borat-EDTA (TBE, 0,5 x) genom att värma blandningen i en mikrovågsugn. Tillsätt 10 µL av 10.000 x DNA fläcken enligt specifikationen fläcken. För att minimera exponeringen för UV-ljus vid utvinning steg (steg 3.6), använda en DNA-fläck som kan visualiseras under blå excitation.
  2. Kyl lösningen på ca 40 ° C och tillsätt 1 mL av MgCl2 (1,3 M) under omskakning. Gjutna gel och inkubera i 30 min i rumstemperatur.
  3. Ställ in enheten på elektrofores och häll kall (4 ° C) kör buffert (0,5 x TBE med 11 mM MgCl2) i rutan gel. Placera rutan gel i en ice vattenbad.
  4. Lägg till lastning buffert till origami proverna (6 x lastning buffert innehåller 15% polysucrose 400 och 0,25% bromofenolblått i vatten). Läsa in proverna i brunnarna med en ordentlig volym enligt kammen används (t.ex., 50 µL för en 8-bra kam på 1,5 mm i tjocklek).
  5. Kör elektrofores för 2 h vid 80 V.
    Obs: För att karakterisera origami och separera den öppna och slutna strukturen, Använd 2% gel istället för 1% och förlänga den rinnande tiden till 4 h.
  6. Bild gelen med gel kameran (figur 2). Använd en blå ljus transilluminator för att visualisera banden, skära origami bandet, krossa gelen på ett parafilm och extrahera vätskan. Återhämtning avkastningen är cirka 40%.
  7. Pipettera vätskan i en centrifugal filterenheten och spinn vid 3 000 x g för 5 min. mäta upptaget av origami lösningen på 260 nm med en UV-synliga (UV-VIS) spektrometer. Beräkna koncentrationen av origami med en extinktionskoefficient 1,3 x 108 M-1·cm-1.
    Obs: Den typiska koncentrationen av origami lösning efter agaros gel rening är 1-2 nM.
  8. Lagra renat origami mallarna vid 4 ° C för senare användning.

4. Sammanfattning av guld nanorör

Obs: Protokollet för AuNR syntes är anpassad från tidigare litteratur40 med smärre ändringar.

  1. Tvätta allt glas med kungsvatten för 5 min, skölj med vatten, Sonikera det med ultrarent vatten och torka den innan användning.
  2. Förbereda 0,2 M hexadecyltrimethylammonium metylbromid (CTAB), 1 mM HAuCl4, 4 mM AgNO3, 64 mM L (+)-askorbinsyra och 6 mM NaBH4. Använd kallt vatten (4 ° C) för att upplösa NaBH4 och hålla den i kylskåp vid 4 ° C. Ascorbic syra lösningen måste vara nyberedd.
    Varning: CTAB är farligt vid hudkontakt (irriterande), ögonkontakt (irriterande), förtäring och inandning. Använd lämpliga skyddskläder. Använd lämpligt andningsskydd vid otillräcklig ventilation. NaBH4 är extremt farligt vid hudkontakt (irriterande), ögonkontakt (irriterande), förtäring och inandning. Bära splash glasögon, en labbrock, handskar och en ånga och damm respirator. Var noga med att använda en godkänd/certifierad respirator eller motsvarande.
  3. Förbereda Au frön.
    1. Tillsätt 500 µL av CTAB (0,2 M), 250 µL av ultrarent vatten och 250 µL av HAuCl4 (1 mM) i en injektionsflaska av glas. Rör vid 450 rpm i rumstemperatur i 5 min.
    2. Öka omrörningshastigheten till 1200 rpm. Tillsätt 100 µL kallt NaBH4 lösning (6 mM, 4 ° C). Efter 2 min, stannar omrörningen och inkubera lösningen i ett vattenbad vid 30 ° C i 30 min innan användning.
  4. Förbered AuNRs.
    1. Lös 0,55 g CTAB och 0,037 g 2,6-dihydroxybenzoic syra i 15 mL varmt vatten (60-65 ° C) i en runda-botten kolv. Kyla ner lösningen till 30 ° C, tillsätt 600 µL av AgNO3 (4 mM) och rör vid 450 rpm i 2 min. Sedan lämna lösningen ostört för 15 min vid 30 ° C.
    2. Tillsätt 15 mL HAuCl4 (1 mM) till lösningen, och rör vid 450 rpm för 15 min. Tillsätt 120 µL av L (+)-askorbinsyra (64 mM), och sedan omedelbart, rör vid 1200 rpm för 30 s. Lägg 12 µL av Au frön och Håll omrörning vid 1200 rpm för 30 s.
    3. Inkubera lösningen i ett vattenbad vid 30 ° C i 18 h. Inte störa lösningen och Använd en mössa till tillslut kolven.
    4. Överföra den resulterande lösningen till centrifugrör och centrifugera vid 9500 x g under 12 minuter vid 20 ° C. Kassera supernatanten, skingra pelleten i 20 mL ultrarent vatten och utföra ett centrifugering steg.
    5. Skingra den slutliga pelleten i 3 mL destillerat vatten. Beräkna koncentrationen av AuNRs från en UV-VIS absorptionsmätning med utrotning koefficienten för längsgående plasmon resonansen. En extinktionskoefficient kan förutsägas med hjälp av AuNR form parametrar41. Lagra AuNRs vid 4 ° C för vidare användning.

5. funktionalisering av guld nanorör med enkelsträngat DNA

Obs: Det här avsnittet beskrivs protokollet för AuNR funktionalisering med enkelsträngat DNA (ssDNA), efter den så kallade lågt pH rutten anpassad från tidigare litteratur42. De AuNRs täckt med DNA renas genom centrifugering; rening kan alternativt utföras använda agaros gelelektrofores.

  1. Inkubera 20 µL av thiol-functionalized Mila DNA-strängar (1 mM) med 20 µL av nylagade tris(2-carboxyethyl) fosfin hydroklorid (TCEP, 14 mM) för 1 h att minska disulfide obligationer.
    Obs: Formuläret thiol obligationer med AuNRs, och sekvensen Mila hybridizes med polyA10 handtaget på origami, där alltför många eller för få baspar kan leda till ett fel eller en instabil sammansättning.
    Varning: TCEP kan orsaka allvarliga frätskador på hud och ögon. Använd skyddshandskar/skyddskläder/ögonskydd/ansiktsskydd.
  2. Blanda 150 µL av AuNRs (10 nM) och 40 µL av TCEP-behandlade thiol-DNA (0,5 mM). Lägg till 1% sodium dodecyl sulfate (SDS) till AuNR lösning för att nå en slutlig SDS koncentration på 0,05%. Justera pH till 2,5-3 med ~ 1 µL av HCl (1 M).
  3. Inkubera i 2 h under omskakning vid 70 rpm.
    Obs: AuNR-till-DNA förhållandet bör vara i storleksordningen 1:5, 000-15 000, beroende på storleken på stängerna. För AuNRs (70 nm x 30 nm) förberett följande protokollet beskrivs i avsnitt 4, en överflödig 13.000 thiol-DNA rekommenderas.
  4. Lägg till NaCl för att nå en slutlig NaCl samordning av 0,5 M och inkubera i 4 h i rumstemperatur under omskakning vid 70 rpm.
    Obs: En färgförändring i detta steg kan indikera en misslyckad DNA funktionalisering.
  5. Justera pH till ~8.5 med TBE-buffert (10 x) och inkubera över natten.
  6. Tvätta den DNA-AuNRs 4 x genom att blanda proverna med 1 mL tvätt buffert (0,5 x TBE med 0,1% SDS), och centrifugera vid 7000 x g i 30 min. avlägsna supernatanten och återsuspendera den DNA-AuNRs i den återstående vätskan (~ 40 µL). Beräkna koncentrationen av DNA-AuNRs från en UV-VIS absorptionsmätning som beskrivs i steg 4.4.5.
    Obs: Lösningen kan bli lätt 'grumlig' steg 5.3-5.4 på grund av CTAB ersättning från ytan av AuNRs av thiol-DNA. Lösningen bör bli klart vid uppvärmning upp till ~ 35 ° C i 5 min.

6. montering av guld nanorör på DNA origami mallar

  1. Lägg till MgCl2 till lösningen av renad DNA-AuNRs, till en slutlig koncentration av 10 mM. Blanda renade DNA-AuNRs och origami att förhållandet 10:1.
    Obs: En lägre kvot kan minska den produkt avkastning43.
  2. Glödga blandningen i en mixer med en temperaturreglering från 40 ° C till 20 ° C under omskakning vid 400 rpm, enligt förfarandet som i tabell 2.
    Obs: För CD karakterisering, provet kan mätas efter detta steg utan ytterligare rening.
  3. Använd 0,7% agaros gel-elektrofores (3,5 h vid 80 V) att rena de slutliga origami-AuNR strukturerna.
  4. Använd en vit ljus transilluminator för avbildning. Skär produkt bandet (origami-AuNR dimer) (figur 3), krossa gelen på ett parafilm och extrahera vätskan. Pipett vätskan till en centrifugal filterenheten och spinn vid 3 000 x g för 5 min. Återsuspendera den origami-AuNRs i lösningen. Återhämtning avkastningen från gelen är cirka 50%.
  5. Beräkna koncentrationen av origami-AuNR strukturer från en UV-VIS absorptionsmätning som beskrivs i steg 4.4.5.

7. överföring elektronmikroskopi imaging

Obs: Denna uranyl formate (UFo) färgning protokoll är anpassat från tidigare litteratur44.

  1. Blanda 200 µL UFo lösning (0,75%) och 1 µL av NaOH (5 M) och vortex omedelbart för 2-3 min. Centrifugera fläcken lösningen för 3-4 min på 14 000 x g. Skydda fläcken från ljusexponering (t.ex. genom att Linda den i aluminiumfolie).
    Varning: UFo är giftiga vid inandning eller förtäring och kan orsaka ögonirritation. Vid kortvarig exponering eller låg förorening, använda ett andningsskydd enhet. Vid intensiv eller längre exponering, Använd en fristående andningsskydd. Använd handskar. Handskmaterialet måste vara ogenomtränglig och resistenta mot UFo och dess lösningar. Tätslutande skyddsglasögon.
  2. Glöd-ansvarsfrihet kol/formvar-belagda TEM galler för 6 s precis före användning att öka hydrophilicitet och främja stickning av strukturerna. Pipettera 5 µL prov droppar på rutnätet TEM, Inkubera i 5-8 min och ta bort rullgardinsmenyn genom att försiktigt trycka ett filterpapper med kanten av rutnätet.
  3. Pipettera en stor (~ 20 µL) och en liten (~ 10 µL) droppe av fläcken lösningen på en parafilm. Sätta rutnätet på den lilla fläck lösning droppe och torka omedelbart genom att vidröra filterpappret med kanten av rutnätet. Sedan, sätta det på det stora fläck lösning droppa för 30 s.
  4. Avlägsna vätskan i rutnätet genom att vidröra filterpappret med kanten av rutnätet. Placera rutnätet i hållaren rutnät. Vänta på nätet för att torka i minst 10 min.
  5. Karakterisera proverna av origami (figur 4), AuNRs (figur 5) och origami-AuNRs (figur 6) av TEM.

8. cirkulärdichroism mätning

  1. Rensa CD spektrometern med N2 för 20 min.
    Obs: De flesta av de CD-spektrometrar kräver rensning med N2 innan lampan tändning. Handboken CD spektrometer.
  2. Ange bandbredd, skanning utbud och förvärv steg.
    Obs: Skanning intervallet beror på AuNRs, som beror på storleken på AuNRs optiska egenskaper.
  3. Åtgärd tom CD med buffert.
  4. Mäta CD spektra av origami-AuNR prover (figur 7).
    Obs: Använd kvartar eller glas kyvetter för CD mätning. Plast kyvetter är olämpliga för CD spektroskopi. Dessutom tillåta de flesta CD-spektrometrar samtidig förvärvet av absorption och CD-data.

Representative Results

TEM bilder av DNA origami mallar, AuNRs och slutliga origami-AuNR sammansättningar visas i figur 4och figur 5 figur 6A, respektive. På grund av deras bindande önskemål TEM rutnät, är origami-AuNR församlingar brukar ses som parallella origami buntar och stavar(figur 6). Termisk glödgning krävs för korrekt uppriktning av AuNRs på origami mallar (figur 6A, B). Protokollet gör det möjligt för hög avkastning av AuNRs församling i kirala metamolecules med stark plasmoniska CD svaren (figur 7).

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

Tabell 1: Temperaturer och priser för termisk glödgning av DNA origami mallar.

Temperatur (° C) Tid (min)
40 130
36 180
32 180
22 Håll

Tabell 2: temperaturer och hålla tider för glödgning av mallar för AuNRs och DNA-origami. Den kyla mellan stegen är inställd på 0,1 ° C/min. De origami-AuNR DNA-proverna är glödgas under omskakning vid 400 rpm.

Figure 1
Figur 1 : Design av DNA origami-mallade kirala metamolecules. (A) identifiera den önska relativa rumsliga ordningen av guld nanorör (AuNRs) och en lämplig form av mallen för DNA-origami. (B) beräkna strukturella parametrar för AuNRs (DAuNR, LAuNR) och mallen origami (Worigami, Lorigami, Θ). Leta upp de ungefärliga positionerna av de häftklamrar som behöver ytterligare modifiering. (C) Design av DNA origami mallar med hjälp av caDNAno. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2 : Agaros gel-elektrofores av origami. (A) rening med 1% agaros gelelektrofores för 2 h vid 80 V. (B) karakterisering med 2% agaros gel-elektrofores för 4 h på 80 V. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3 : Agaros gelelektrofores rening av origami-AuNRs. Gel (0,7%) kördes för 3,5 h vid 80 V för proverna förberedd efter montering förfarandet med olika DNA-AuNR-till-origami nyckeltal (20:1, 5:1) och prover (10:1 DNA-AuNRs-till-origami ratio) med och utan glödgning förfarande. För TEM bilder av proverna i band 1 se 2 och 3, figur 6. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4 : Representant TEM bild av DNA origami mallar. Den origami strukturen består av två 14-helix buntar (80 nm x 16 nm x 8 nm) kopplas samman vid byggnadsställning stranda. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5 : Representant TEM bild av AuNRs. Syntetiskt AuNRs genomsnittliga mått är 70 x 30 nm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6 : TEM bilder av origami-AuNR församlingar. (A) AuNR dimerer på origami efter glödgning (band 1 i figur 3). (B) AuNR dimerer på origami utan glödgning (band 2 i figur 3). (C) Origami-AuNR aggregat (band 3 i figur 3). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7 : CD spektra av origami-AuNR sammansättningarna. CD spektra av de slutna strukturerna (origami mallarna fast av låsa trådar i en högerhänt konfiguration, med 50° mellan två origami buntar) och den öppna strukturen (de origami mallarna utan låsa trådar). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Protokollet införs hela arbetsflödet för konstruktion, montering, rening och karakterisering av DNA origami-baserade kirala sammansättningar av AuNRs. De DNA-origami mallar som används i protokollet är särskilt lämpade för tillverkning av stimuli-lyhörd församlingar. Olika typer av svar och functionalizes kan införlivas i de låsa trådar som definierar den kirala delstaten origami mall (figur 1B)24,25,26,31. För statiska församlingar är enklare block-formade mallar ofta tillräcklig14,45,46,47.

DNA-origami-baserade metoden för tillverkning av plasmoniska nanostruktur ärver begränsningar av DNA origami teknik48. Storleken av origami mallarna är vanligtvis begränsad av storleken på byggnadsställning strand. Stabiliteten i DNA strukturer minskas under lag-salta förhållanden. Kostnaden för syntetiska stapelvara strandar förblir ganska hög. Senaste utvecklingen inom fältet för strukturella DNA nanoteknik väntas dock att övervinna dessa begränsningar49,50,51,52,53,54 , 55.

DNA-origami jämfört med andra molekylär-baserade metoder för att generera kirala församlingar i AuNRs34,35,36,37, och ger en hög nivå av rumsliga precision och programmering.

För att nå tillförlitliga och reproducerbara optiska Svaren av kirala församlingar, rekommenderar vi att du anpassar protokollen för AuNR syntes40, eftersom kvaliteten och optiska egenskaper av kommersiella produkter kan variera mellan partier. Ytterligare glödgning (steg 6,2) är ofta avgörande för att säkerställa rätt fastsättning av AuNRs till DNA-origami mallar (figur 6).

Slutligen, i protokollet som beskrivs här är inte begränsat till kirala församlingar. DNA-origami ger en mycket flexibel plattform för tillverkning av komplexa plasmoniska nanostrukturer9,10.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Författarna vill tacka S. Voutilainen för hennes hjälp med CD spektrometer. Författarna erkänner tillhandahållande av faciliteter och teknisk support av Aalto-universitetet på OtaNano - Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC). Detta arbete stöds av Finlands Akademi (grant 308992) och Europeiska unionens programmet Horisont 2020 forskning och innovation under Marie Skłodowska-Curie bidragsöverenskommelsen nr 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