Мы описываем подробный протокол для ДНК оригами основе Ассамблея золота наностержни в хиральная плазмонных metamolecules с сильным chiroptical ответы. Протокол не ограничивается хиральная конфигураций и может быть легко адаптирована для изготовления различных плазмонных архитектур.
Присущие адресуемости структуры ДНК оригами делает их идеальным шаблоны для расположения металлических наночастиц в комплекс плазмонных наноструктур. Высокая пространственная точность ДНК оригами шаблонного Ассамблеи позволяет контролировать связь между плазмонных резонансы отдельных частиц и позволяет пошив оптические свойства сконструированного наноструктур. Недавно хиральные плазмонных систем привлекла много внимания из-за сильной корреляции между пространственной конфигурации плазмонных сборок и их оптических ответы (например, круговая дихроизма [CD]). В этом протоколе мы описывают весь рабочий процесс для создания ДНК оригами основе хиральная Ассамблей золото наностержни (AuNRs). Протокол включает в себя подробное описание принципов проектирования и экспериментальных процедур для изготовления ДНК оригами шаблоны, синтез AuNRs и Ассамблея оригами AuNR структур. Кроме того характеристика структуры с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕА) и спектроскопии CD включен. Описывается протокол не ограничивается хиральная конфигураций и может быть адаптирована для строительства различных плазмонных архитектур.
Наноструктур ДНК, ДНК-оригами в частности, широко использовались для размещения молекул и других наноразмерных компонентов (например, белки и наночастиц [сети]), с нанометровой точностью в почти произвольной геометрии1,2 , 3 , 4 , 5. возможность организовать металла NPs на ДНК оригами шаблоны с высокой урожайностью и точность позволяет изготовление плазмонных структур с Роман оптические свойства6,,78, 9 , 10. ДНК оригами метод особенно полезен для поколения хиральная плазмонных структур, которые требуют подлинно трехмерной архитектуры11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
Этот протокол описывает подробно весь процесс изготовления ДНК оригами шаблонного хиральная сборки AuNRs. Программное обеспечение используется для дизайн-21 и структуры прогнозирования22,23 ДНК-оригами является интуитивно понятным и свободно доступны. Оригами Изготовление и AuNR синтеза используют общее оборудование лаборатории биохимии (например, thermocyclers, электрофорез геля, конфорки, центрифуги). Структуры характеризуются с помощью стандартных ТЕА и CD спектроскопии.
Изготовления аналогичных плазмонных наноструктур с сверху вниз методами (например, Электронная литография) потребует довольно сложного и дорогостоящего оборудования. Кроме того ДНК оригами шаблоны предоставляют возможность включения структурных реконфигурации в плазмонных сборки24,25,26,27,28,29 ,30,,3132,33, который является чрезвычайно сложной задачей для конструкций, изготовленных с литографией методов. По сравнению с другими Молекулярные подходы34,35,36,37, ДНК на основе оригами изготовление обеспечивает высокий уровень пространственной точности и программируемость.
Протокол вводит весь рабочий процесс дизайна, Ассамблеи, очистки и характеристика ДНК оригами основе хиральная сборок AuNRs. ДНК оригами шаблоны, используемые в протоколе, особенно подходят для изготовления раздражители отзывчивым сборок. Различные типы ответов и functionalizes могут быть включены в стренги блокировки, которые определяют состояние хиральная оригами шаблон (рис. 1Б)24,25,26,31. Статические сборки простой блок образный шаблоны зачастую достаточно14,45,,4647.
Подход, основанный на оригами ДНК для изготовления наноструктур для плазмонных наследует ограничения ДНК оригами техника48. Размер оригами шаблоны обычно ограничен размер нити лески. Стабильность структуры ДНК уменьшается в условиях закона соль. Стоимость синтетического штапель пряди остается довольно высоким. Однако последние события в области структурной Нанотехнологии ДНК, как ожидается, преодолеть эти53,52,50,51,54 с ограничения49, , 55.
По сравнению с другими подходами на основе молекулярной для генерации хиральных сборки AuNRs34,35,,3637, ДНК-оригами обеспечивает высокий уровень пространственной точности и программируемость.
Для достижения надежных и воспроизводимых оптических ответы хиральная сборок, мы настоятельно рекомендуем, адаптации протоколов для синтеза AuNR40, так как качество и оптические свойства коммерческих продуктов могут различаться между сериями. Дополнительный отжиг (шаг 6.2) часто имеет решающее значение для обеспечения правильного вложения AuNRs ДНК оригами шаблоны (рис. 6).
Наконец протокол, описанные здесь не ограничивается хиральная сборки. ДНК-оригами обеспечивает очень гибкую платформу для изготовления сложных плазмонных наноструктур9,10.
The authors have nothing to disclose.
Авторы благодарят S. Воутилайнен за ее помощь с CD спектрометр. Авторы признают, предоставление помещения и техническую поддержку Университета Аалто в OtaNano – Nanomicroscopy центр (Аалто-NMC). Эта работа была поддержана Академией Финляндии (Грант 308992) и Европейского союза Horizon 2020 программы исследований и инноваций под Марии Склодовской-Кюри грантовое соглашение № 71364.
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 |