Preparazione di Mica e Silicon substrati per il DNA Origami Analisi e sperimentazione

Introdotto nel 2006, origami di DNA utilizza la natura auto-assemblaggio di oligonucleotidi di DNA per la produzione di nanostrutture progettabili e molto ordinate. ¹ Una miriade di strutture sono stati segnalati, che vanno da smiley volti agganciato scatole in 3 dimensioni. ² origami di DNA può essere funzionalizzato con varie biomolecole e nanostrutture, dando luogo ad applicazioni di ricerca in nanoelettronica, medicina e informatica quantistica. ³ Tuttavia, l'analisi e molte applicazioni future non dipendono solo sulla progettazione strutturale, ma anche l'adesione delle nanostrutture origami DNA alle superfici. I metodi descritti in questo manoscritto riguardano la preparazione dei campioni di DNA origami su due tipi di substrati: mica e ossido di silicio funzionalizzato.

Mica è il substrato di scelta per studi origami DNA perché è atomicamente piatta, con un'altezza strato di 0,37 nm ± 0,02 nm. ⁴ È anche easily puliti, rendendo la preparazione del campione e microscopia a forza atomica (AFM) studi semplice. Mica muscovite contiene un'alta densità di potassio in ciascun piano di clivaggio, ma questi ioni diffusa dalla superficie mica quando in acqua. Per mediare il legame di Origami DNA al substrato di mica, Mg ²⁺ è utilizzato per invertire la carica negativa della mica ed elettrostaticamente impegnare la spina dorsale fosfato DNA al substrato (Figura 1A). ⁵ Miscugli di DNA ricotto in presenza di grandi eccessi di filamenti sintetiche conferiscono elevata copertura e buone immagini sul mica perché l'adesione di origami di DNA alla ²⁺ superficie -terminated Mg è molto più forte l'adesione di oligonucleotidi a singolo filamento (fili fiocco). Altri ioni positivi, compresi Ni ²⁺ e Co ²⁺ possono essere utilizzati per controllare l'adesione di DNA su mica. ^6,7 Modifica della concentrazione di cationi monovalenti e divalenti in soluzione può mediare Adhesione e diffusione superficie tassi di origami di DNA. ⁸ Tuttavia, il protocollo per la preparazione di sottofondi mica e depositando e risciacquare l'origami è spesso non esplicitamente descritta nei manoscritti pubblicati. ⁹ Senza un protocollo chiaro, risultati riproducibili possono essere difficili da ottenere.

Mica è un isolante, quindi non è adatto come substrato per alcune applicazioni in nanoelettronica. Silicon passivata con un ossido sottile nativo ha desiderabili proprietà elettroniche, compresa la compatibilità con trasformazione preliminare gratuito semiconduttore metallo-ossido (CMOS) per creare strutture di ingresso / uscita e le caratteristiche topografiche. Wafer di silicio memorizzati in aria sono passivate sia con un ossido termico spesso o sottile pellicola di ossido nativo che è relativamente sporca, con un elevato numero di particelle. Ossido di silicio ha una densità di carica superficiale molto più basso di mica, e la densità di carica dipende altamente preparazione di ossido e la storia. Alle concentrazioni di ioni magnesio above 150 mm, buone coperture (fino a 4 / micron ²⁾ di forma rettangolare origami di DNA può essere realizzato su di ossigeno plasma trattato substrati di silicio; tuttavia, questa concentrazione e la copertura possono variare a seconda delle dimensioni e disegno delle nanostrutture utilizzati. ¹⁰ Un protocollo alternativo per accordare la carica superficiale è quello di collegare un cationico monostrato auto-assemblato di 3-amminopropiltrietossisilano (APTES) (Figura 1B) per l'ossido. L'ammina primaria APTES può essere protonata a valori di pH inferiori a 9, modificando la carica e idrofobicità del substrato. ¹¹ Per un monostrato completo di APTES da depositare con successo, il silicio deve essere opportunamente pulito usando Radio Corporation of America (RCA) protocolli . Questi protocolli includono trattamenti in idrossido di ammonio e soluzioni di perossido di idrogeno (RCA1) per rimuovere i residui organici e contaminanti particellari. Una breve etch in soluzione acquosa di acido fluoridrico rimuove lo strato di ossido nativo insiemeeventuali contaminanti ionici che aderiscono al ossido. Infine, i campioni sono esposti ad una soluzione di acido cloridrico e acqua ossigenata (RCA2) per rimuovere metallo e contaminanti ionici e formare un sottile strato di ossido uniforme. ¹² La maggior parte delle camere bianche hanno designato cappe per protocolli di pulizia CMOS, con regole severe su ciò che può essere usato in queste aree. Un problema comune si presenta sotto forma di ioni come il sodio, che possono disturbare le proprietà elettroniche di strutture CMOS con la creazione di trappole midbandgap. ¹³ ioni comunemente usato in origami di DNA di preparazione e di deposizione buffer potrebbero contaminare i bagni CMOS e causare problemi per altri ricercatori che utilizzano la camera pulita. Per questo motivo, il nostro gruppo utilizza un 'sporche "CMOS panchina di pulizia predisposto appositamente per i piccoli campioni utilizzati per la ricerca origami di DNA. Questo processo è una buona alternativa per la camera bianca tradizionale set-up e può essere adatto per i laboratori che non hanno accesso a una panchina CMOS camera bianca.