Descrevemos o protocolo detalhado para a DNA baseado em origami montagem de nanorods ouro em metamolecules plasmônico quiral com forte chiroptical respostas. O protocolo não está limitado a configurações quirais e pode ser facilmente adaptado para a preparação de várias arquiteturas plasmônico.
O endereçamento inerente de estruturas de DNA origami faz deles modelos ideais para o arranjo de nanopartículas de metal em nanoestruturas plasmônico complexos. A elevada precisão espacial de um conjunto de DNA origami-modelo permite controlar o acoplamento entre plasmônico ressonâncias de partículas individuais e permite alfaiataria propriedades óticas de nanoestruturas as construído. Recentemente, sistemas plasmônico quirais atraíram muita atenção devido a forte correlação existente entre a configuração espacial de plasmônico módulos (assemblies) e suas respostas ópticas (por exemplo, Dicroísmo circular [CD]). Neste protocolo, descrevemos o fluxo de trabalho inteiro para a geração de DNA baseado em origami quirais assembleias de ouro nanorods (AuNRs). O protocolo inclui uma descrição detalhada dos princípios de projeto e procedimentos experimentais para a fabricação de modelos de origami de DNA, a síntese de AuNRs e a montagem de estruturas de origami-AuNR. Além disso, a caracterização de estruturas utilizando microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia de CD está incluída. O protocolo descrito não está limitado a configurações quirais e pode ser adaptado para a construção de várias arquiteturas plasmônico.
DNA de nanoestruturas, origami de DNA em particular, têm sido amplamente utilizadas para organizar as moléculas e outros componentes de escala nanométrica (por exemplo, proteínas e nanopartículas [NPs]), com precisão de nanômetros em geometrias arbitrárias quase1,2 , 3 , 4 , 5. a capacidade de organizar metal NPs em modelos de origami de DNA com um alto rendimento e precisão permite a fabricação de estruturas plasmônico com propriedades óticas romance6,7,8, 9 , 10. técnica de origami de DNA é especialmente útil para a geração de estruturas plasmônico quirais, que exigem arquiteturas genuinamente tridimensional11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
Este protocolo descreve detalhadamente todo o processo de fabricação de ADN origami-modelo quiral módulos (assemblies) de AuNRs. O software usado para o projeto21 e estrutura previsão22,23 de origami de DNA é intuitiva e livremente disponíveis. O origami fabricação e síntese de AuNR usam equipamento de laboratório de bioquímica comum (por exemplo, thermocyclers, eletroforese em gel, pratos quentes, centrífugas). As estruturas são caracterizadas usando espectroscopia TEM e CD padrão.
Fabricação de nanoestruturas plasmônico semelhantes com métodos de cima para baixo (por exemplo, litografia de feixe de elétrons) exigiria equipamento bastante complicado e caro. Além disso, modelos de origami de DNA fornecem a possibilidade de incorporar reconfigurabilidade estrutural em assemblies plasmônico24,25,26,,27,28,29 ,30,31,32,33, que é extremamente desafiador para estruturas fabricadas com técnicas de litografia. Em comparação com outras abordagens moleculares34,35,36,37, fabricação baseada em origami de DNA fornece um alto nível de precisão espacial e programação.
O protocolo apresenta o fluxo de trabalho inteiro de projeto, montagem, purificação e caracterização de ADN origami-baseado quirais assembleias de AuNRs. Os modelos de origami de DNA usados no protocolo são particularmente adequados para o fabrico de conjuntos de estímulos-responsivo. Vários tipos de respostas e functionalizes pode ser incorporada as vertentes de bloqueio que definem o estado quiral de origami modelo (Figura 1B)24,25,26,31. Para assemblies estáticos, modelos mais simples em forma de bloco são muitas vezes suficientes14,,45,46,47.
A abordagem baseada em origami de DNA para a fabricação de plasmônico nanostructure herda as limitações do ADN origami técnica48. O tamanho dos modelos de origami é normalmente limitado pelo tamanho da strand, andaime. A estabilidade das estruturas de DNA é reduzida em condições de lei-sal. O custo de grampo sintético fios permanece bastante elevado. No entanto, esperam-se desenvolvimentos recentes no campo da nanotecnologia de ADN estrutural para superar essas limitações49,50,,51,52,53,54 , 55.
Em comparação com outras abordagens moleculares para gerar assemblies quirais de AuNRs34,35,36,37, origami de DNA fornece um alto nível de precisão espacial e programação.
Para conseguir respostas ópticas confiáveis e reprodutíveis de assemblies quirais, recomendamos vivamente que adapta os protocolos para a síntese de AuNR40, desde que a qualidade e propriedades ópticas de produtos comerciais podem variar entre lotes. Recozimento (etapa adicional 6.2) muitas vezes é crucial para assegurar a correta fixação do AuNRs de modelos de origami de DNA (Figura 6).
Finalmente, o protocolo descrito aqui não é limitado aos assemblies quirais. Origami de DNA fornece uma plataforma muito flexível para a fabricação de nanoestruturas plasmônico complexo9,10.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecer S. Voutilainen pela sua assistência com espectrómetro de CD. Os autores reconhecem a disponibilização de instalações e suporte técnico pela Universidade Aalto no OtaNano – Nanomicroscopy Center (Aalto-NMC). Este trabalho foi apoiado pela Academia da Finlândia (grant 308992) e a Convenção n. º 71364 de subvenção Horizonte 2020 inovação programa de investigação e da União Europeia sob o Marie Skłodowska-Curie.
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 |