אנו מתארים את פרוטוקול מפורט עבור DNA מבוסס-אוריגמי הרכבה של nanorods זהב לתוך כיראלי metamolecules plasmonic עם chiroptical חזקה תגובות. הפרוטוקול אינה מוגבלת תצורות כיראלי ולא ניתן להתאים בקלות על הזיוף של ארכיטקטורות שונות plasmonic.
מיעון הטבועה של ה-DNA אוריגמי מבנים גורם להם תבניות אידיאלי עבור הסידור של חלקיקי מתכת לתוך nanostructures plasmonic מורכבים. דיוק מרחבית גבוהה של אסיפה אוריגמי תבניות DNA מאפשר שליטה של צימוד בין plasmonic מגנטיים של חלקיקים בודדים ומאפשר התאמת אופטיות ספקטרליות nanostructures נבנה. לאחרונה, מערכות plasmonic כיראלי משכה הרבה תשומת לב בשל מתאם חזק בין תצורת המרחב של הרכבות plasmonic ותגובות אופטי שלהם (למשל, קיווטות [תקליטור]). ב פרוטוקול זה, אנו מתארים את זרימת העבודה כל לדור של ה-DNA מבוסס-אוריגמי כיראלי מכלולים של nanorods זהב (AuNRs). הפרוטוקול כולל תיאור מפורט של עקרונות והליכים ניסיוני הזיוף של ה-DNA אוריגמי תבניות, הסינתזה של AuNRs של ההרכבה של אוריגמי-AuNR מבנים. בנוסף, אפיון מבנים תוך שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) וספקטרוסקופיה CD הינה כלולה. הפרוטוקול המתואר אינו מוגבל תצורות כיראלי ולא ניתן להתאים לבנייה של ארכיטקטורות שונות plasmonic.
ה-DNA nanostructures, ה-DNA אוריגמי בפרט, היה בשימוש נרחב כדי לארגן מולקולות ורכיבים אחרים ננו (למשל, חלבונים ו חלקיקים [NPs]), בדייקנות ננומטר לתוך גיאומטריות כמעט שרירותי1,2 , 3 , 4 , 5. היכולת לארגן NPs מתכת על ה-DNA אוריגמי תבניות עם תשואה גבוהה, דיוק מאפשר הזיוף של מבנים plasmonic עם מאפיינים אופטיים חדשניים6,7,8, 9 , 10. דנ א אוריגמי טכניקה שימושית במיוחד עבור הדור של כיראלי מבנים plasmonic, אשר דורשים ארכיטקטורות באמת תלת מימדי11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
פרוטוקול זה מתאר בפירוט את התהליך כולו של הזיוף של מכלולים כיראלי אוריגמי תבניות DNA של AuNRs. תוכנת עיצוב21 והוא מבנה חיזוי22,23 של ה-DNA אוריגמי היא זמינה בחופשיות האינטואיטיביים. אוריגמי פבריקציה נוספת של סינתזה AuNR להשתמש נפוצות ציוד מעבדה בביוכימיה (למשל, thermocyclers, בג’ל, פלטות חמות, צנטריפוגות). המבנים מאופיינים בעזרת ספקטרוסקופיית TEM ו- CD רגיל.
הזיוף של nanostructures plasmonic דומה עם שיטות מלמעלה (למשל, ליתוגרפיה קרן של אלקטרונים) ידרוש ציוד יקר ומסובך למדי. בנוסף, ה-DNA אוריגמי תבניות מספקים את האפשרות לשלב reconfigurability מבנית הרכבות plasmonic24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, אשר הוא מאוד מאתגר עבור מבנים מפוברק עם טכניקות הדפס אבן. לעומת אחרים גישות מולקולריות34,35,36,37, DNA מבוסס-אוריגמי פבריקציה נוספת מספק רמה גבוהה של דיוק המרחבית ויכולת תיכנות.
הפרוטוקול מציג את זרימת העבודה שלם של עיצוב, הרכבה, טיהור, ואפיון של ה-DNA מבוסס-אוריגמי כיראלי מכלולים של AuNRs. התבניות אוריגמי DNA בשימוש בפרוטוקול מתאימים במיוחד ייצור מכלולים מגיב לגירויים. סוגים שונים של תגובות, functionalizes ניתן לשלב הגדילים נעל המגדירים את המדינה כיראלי של אוריגמי תבנית (איור 1B)24,25,26,31. עבור הרכבות סטטי, תבניות בצורת בלוק פשוטים יותר לעיתים קרובות מספיק14,45,46,47.
הגישה מבוססת-אוריגמי דנ א כדי הזיוף של ננו-מבנה plasmonic יורש מגבלות טכניקה אוריגמי דנ א48. הגודל של התבניות אוריגמי מוגבל בדרך כלל לפי גודל סטרנד לגרדום. היציבות של ה-DNA מבנים מצטמצם בתנאים החוק-מלח. העלות של הידוק סינתטי קווצות נשאר גבוה למדי. עם זאת, ההתפתחויות האחרונות בתחום של ננוטכנולוגיית דנ א מבניים צפויים כדי להתגבר על אלה מגבלות49,50,51,52,53,54 , 55.
לעומת אחרים גישות מולקולריות ליצירת כיראלי מכלולים של AuNRs34,35,36,37, DNA אוריגמי מספק רמה גבוהה של דיוק המרחבית ויכולת תיכנות.
להשגת תגובות אופטי לשחזור ואמין מכלולים כיראלי, אנו ממליצים התאמת הפרוטוקולים עבור סינתזה AuNR40, מאז האיכות ואת התכונות האופטיות של מוצרים מסחריים עשויים להשתנות בין קבוצות. מחזק (צעד נוסף 6.2) לעתים קרובות חיוני להבטחת החזקה נכונה של AuNRs לתבניות אוריגמי דנ א (איור 6).
לבסוף, הפרוטוקול המתואר כאן אינה מוגבלת הרכבות כיראלי. ה-DNA אוריגמי מספק פלטפורמה גמישה מאוד הזיוף של מורכבות nanostructures plasmonic9,10.
The authors have nothing to disclose.
המחברים תודה Voutilainen ס לסייע לה עם תקליטור ספקטרומטר. המחברים להכיר במתן תמיכה טכנית על ידי אוניברסיטת הלסינקי-OtaNano – מרכז Nanomicroscopy (אלטו-NMC) ומתקנים. עבודה זו נתמכה על ידי האקדמיה של פינלנד (גרנט 308992) ולהעניק אופק 2020 מחקר וחדשנות התכנית של האיחוד האירופי תחת מארי הספרותמוזאון הסכם 71364 מס.
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 | Molekularbiologie |
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 | Molekularbiologie |
TE buffer (10X) | Thermo Fisher Scientific | BP24771 | Molekularbiologie |
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 |