Descriviamo il protocollo dettagliato per l’assemblaggio del DNA origami-basato di nanorod oro in metamolecules chirali plasmoniche con forte chiroottiche risposte. Il protocollo non è limitato alle configurazioni chirali e può essere facilmente adattato per la realizzazione di varie architetture plasmoniche.
L’indirizzabilità inerente di strutture di DNA origami li rende modelli ideale per la disposizione delle nanoparticelle metalliche in complesse Nanostrutture plasmoniche. L’alta precisione spaziale di un assembly basato su modelli origami del DNA permette di controllare l’accoppiamento tra plasmoniche risonanze delle singole particelle e sartoria proprietà ottiche di nanostrutture costruito. Recentemente, sistemi chirali plasmoniche attirato molta attenzione a causa della stretta correlazione tra la configurazione spaziale delle assemblee plasmoniche e le loro risposte ottiche (ad es., dicroismo circolare [CD]). In questo protocollo, descriviamo l’intero flusso di lavoro per la generazione di DNA origami base chirali assemblee di nanorod oro (AuNRs). Il protocollo comprende una descrizione dettagliata dei principi di progettazione e procedure sperimentali per la realizzazione di modelli di origami del DNA, la sintesi di AuNRs e il montaggio di origami-AuNR strutture. Inoltre, la caratterizzazione delle strutture mediante microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e spettroscopia CD è inclusa. Il protocollo descritto non è limitato alle configurazioni chirali e può essere adattato per la costruzione di varie architetture plasmoniche.
Nanostrutture di DNA, origami di DNA, in particolare, sono stati ampiamente usati per organizzare molecole e altri componenti su scala nanometrica (ad es., proteine e le nanoparticelle [NP]), con precisione nanometrica in geometrie quasi arbitrario1,2 , 3 , 4 , 5. la capacità di organizzare il metallo NPs sui modelli di origami del DNA con un alto rendimento e precisione consente la fabbricazione di strutture plasmoniche con proprietà ottiche romanzo6,7,8, 9 , 10. tecnica di origami di DNA è particolarmente utile per la generazione di strutture plasmoniche chirali, che richiedono architetture realmente tridimensionale11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
Questo protocollo descrive in dettaglio l’intero processo di fabbricazione delle assemblee chirali basati su modelli origami di DNA di AuNRs. Il software utilizzato per il design21 e struttura Pronostico22,23 di origami di DNA è intuitiva e liberamente disponibile. La fabbricazione di origami e la sintesi di AuNR utilizzare comuni attrezzature di laboratorio di biochimica (ad es., thermocyclers, elettroforesi del gel, piastre, centrifughe). Le strutture sono caratterizzate tramite spettroscopia TEM e CD standard.
La fabbricazione di Nanostrutture plasmoniche simili con metodi top-down (ad es., Litografia a fascio di elettroni) richiederebbe piuttosto complicate e costose attrezzature. Inoltre, modelli di origami del DNA forniscono la possibilità di incorporare riconfigurabilità strutturali in assembly plasmoniche24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, che è estremamente impegnativo per le strutture fabbricate con tecniche di litografia. Rispetto ad altri approcci molecolari basati34,35,36,37, fabbricazione di base di origami del DNA fornisce un alto livello di precisione spaziale e programmabilità.
Il protocollo introduce l’intero flusso di lavoro di progettazione, assemblaggio, purificazione e caratterizzazione di DNA origami base chirali assembly di AuNRs. I modelli di origami di DNA utilizzati nel protocollo sono particolarmente adatti per la fabbricazione degli assembly stimoli-sensible a reagire. Vari tipi di risposte e functionalizes può essere incorporato nei filamenti serratura che definiscono lo stato chirale di origami modello (Figura 1B)24,25,26,31. Per gli assembly statici, modelli a forma di blocco più semplici sono spesso sufficienti14,45,46,47.
L’approccio di base di origami di DNA per la fabbricazione di Nanostrutture plasmoniche eredita limitazioni del DNA origami tecnica48. La dimensione dei modelli origami è in genere limitata dalle dimensioni del filo del patibolo. La stabilità delle strutture di DNA è ridotta in condizioni di legge-sale. Il costo di fiocco sintetico fili rimane piuttosto elevato. Tuttavia, recenti sviluppi nel campo della nanotecnologia del DNA strutturale si prevede di superare queste limitazioni49,50,51,52,53,54 , 55.
Rispetto ad altri approcci molecolari basati per la generazione di assembly chirali di AuNRs34,35,36,37, origami di DNA fornisce un alto livello di precisione spaziale e programmabilità.
Per ottenere risposte ottiche affidabile e riproducibile di assembly chirali, si consiglia di adattare i protocolli per AuNR sintesi40, poiché la qualità e le proprietà ottiche dei prodotti commerciali possono variare tra i batch. Ulteriore ricottura (punto 6.2) sono spesso fondamentale per garantire il fissaggio corretto di AuNRs ai modelli di origami del DNA (Figura 6).
Infine, il protocollo qui descritto non è limitato agli assembly chirali. Origami di DNA fornisce una piattaforma molto flessibile per la fabbricazione di Nanostrutture plasmoniche complesso9,10.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori ringraziano S. Voutilainen per la sua assistenza con spettrometro di CD. Gli autori riconoscono la fornitura di servizi e supporto tecnico di Aalto University presso OtaNano – Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC). Questo lavoro è stato supportato dall’Accademia di Finlandia (grant 308992) e programma ricerca e innovazione Orizzonte 2020 dell’Unione europea sotto il Marie Skłodowska-Curie di sovvenzione n. 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 | Biologia Molecular |
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 | Biologia Molecular |
TE buffer (10X) | Thermo Fisher Scientific | BP24771 | Biologia Molecular |
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 |