Подготовка слюды и кремниевых подложках для ДНК оригами анализа и экспериментированию

Впервые представленная в 2006 году, ДНК-оригами использует самоорганизации природа ДНК-олигонуклеотидов для получения DESIGNABLE и высоко упорядоченные наноструктуры. ¹ множество структур сообщалось, начиная от смайликов в запертом 3-мерные ящики. ² ДНК-оригами можно функционализирован с различными биомолекул и наноструктур, что приводит к научно-исследовательских приложений в наноэлектронике, медицины и квантовых вычислений. ³ Тем не менее, анализ и многие будущие приложения не зависит только от структурного дизайна, но и на адгезии оригами ДНК наноструктур на поверхности. Методы, описанные в этой рукописи относятся к подготовке образцов ДНК оригами на двух типах субстратов: слюды и функционализованного оксида кремния.

Слюда является субстратом выбора для исследований ДНК-оригами, потому что это атомарно плоской, с высоты слоя 0,37 нм ± 0,02 нм. ⁴ Также EASIly очистить, делая пробоподготовки и атомно-силовой микроскопии (АСМ) исследования проста. Мусковита содержит высокую плотность калия в каждой плоскости спайности, но эти ионы диффундируют от поверхности слюды, когда в воде. Для посредником связывание ДНК-оригами в подложке из слюды, Mg ²⁺ используется для обратного отрицательный заряд слюды и электростатическим связать фосфат ДНК костяк подложки (рис 1А). ⁵ Смеси отожженной ДНК в присутствии большой эксцессы основных нитей дать высокий охват и хорошие изображения на слюду, потому что сцепление ДНК-оригами, чтобы ²⁺ -завершённый поверхности Mg гораздо сильнее, чем адгезия одноцепочечных олигонуклеотидов (штапельные прядей). Другие положительно заряженные ионы, в том числе Ni ²⁺ и Со ²⁺ может быть использован для управления адгезию ДНК на слюде. ^​​6,7 Изменение концентрации одновалентных и двухвалентных катионов в растворе может опосредовать адгезивСион и поверхностной диффузии ставки оригами ДНК. ⁸ Однако, протокол для подготовки подложки из слюды и хранение и промывка оригами часто явно не описанные в опубликованных рукописей. ⁹ Без четкого протокола, воспроизводимые результаты могут быть трудно получить.

Слюда является диэлектриком, поэтому она не подходит в качестве субстрата для некоторых применений в наноэлектроники. Кремний пассивируются тонким родной оксида имеет желательные электронные свойства, в том числе совместимость с предварительного бесплатный полупроводниковый металл-оксид (CMOS) обработки, чтобы создать входных / выходных структур и топографические характеристики. Кремниевые пластины, хранящиеся в воздухе пассивируются либо с толщиной термического оксида или тонкой оксидной пленки родной, относительно грязный, с увеличенным количеством частиц. Оксид кремния имеет значительно меньшую плотность поверхностного заряда, чем слюды, и плотность заряда сильно зависит от подготовки оксида и истории. В концентрации ионов магния о воспитанииве 150 мм, хорошие покрытия (до 4 / мкм ²⁾ прямоугольной оригами ДНК может быть достигнуто на кислорода в плазме лечение кремниевых подложках; Однако, эта концентрация и охват может изменяться в зависимости от размера и конструкции наноструктур используется. ¹⁰ альтернативный протокол для настройки поверхностный заряд, чтобы прикрепить катионный, собранного монослой 3-аминопропилтриэтоксисилана (APTES) (Фигура 1В) в оксид. Первичный амин на APTES можно протонированные при значениях рН ниже 9, изменяя заряд и гидрофобность субстрата. ¹¹ Для полного монослоя APTES быть успешно хранение, кремний должен быть соответствующим образом очищен с помощью Радио корпорейшн оф Америка (RCA) протоколы , Эти протоколы включают процедуры в гидроксида аммония и растворы пероксида водорода (RCA1) для удаления органических остатков и примесей частиц. Короче травления в водном растворе плавиковой кислоты удаляет родной слой оксида вместе слюбые ионных примесей, которые прилипают к оксиду. Наконец, образцы подвергают воздействию соляной кислоты и раствора перекиси водорода (RCA2), чтобы удалить металл и ионных примесей и образуют тонкий однородный слой оксида. ¹² Большинство чистых помещений обозначили капюшоны для протоколов очистки CMOS, со строгими правилами о том, что может быть использовано в этих областях. Общая проблема приходит в форме ионов, таких как натрий, которые могут нарушить электронные свойства КМОП структур путем создания midbandgap ловушки. ¹³ Ионы широко используется в ДНК-оригами подготовки и нанесения буферов может загрязнить ванны CMOS и вызвать проблемы для других исследователей, использующих чистый номер. По этой причине, наша группа использует «грязные» КМОП уборка скамейки расположены специально для малых выборок, используемых для ДНК-оригами исследований. Этот процесс является хорошей альтернативой традиционному чистых помещений установки и могут быть пригодны для лабораторий, которые не имеют доступа к чистой комнате CMOS скамейке.