Describimos el protocolo detallado para el montaje basado en origami ADN de nanobarras de oro en metamolecules plasmónica quirales con fuerte chiroptical respuestas. El Protocolo no se limita a configuraciones chiral y puede ser fácilmente adaptado para la fabricación de varias arquitecturas plasmónica.
El direccionamiento inherente de las estructuras de origami de ADN hace plantillas ideales para el arreglo de las nanopartículas metálicas en complejas nanoestructuras plasmónica. La alta precisión espacial de un conjunto con plantilla de origami de ADN permite controlar el acoplamiento entre la resonancia plasmónica de partículas individuales y permite la adaptación de propiedades ópticas de nanoestructuras construidas. Recientemente, sistemas plasmónica quirales atrajeron la atención debido a la fuerte correlación entre la configuración espacial de los conjuntos plasmónica y sus respuestas ópticas (por ejemplo, dicroísmo circular [CD]). En este protocolo, se describe el flujo de trabajo completo para la generación de asambleas quirales basados en origami de ADN de nanobarras de oro (AuNRs). El protocolo incluye una descripción detallada de los principios de diseño y procedimientos experimentales para la fabricación de plantillas de origami de ADN, la síntesis de AuNRs y el montaje de estructuras de AuNR origami. Además, se incluye la caracterización de estructuras mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopia de la CD. El protocolo descrito no se limita a configuraciones chiral y puede ser adaptado para la construcción de varias arquitecturas plasmónica.
Nanoestructuras de ADN, origami de ADN en particular, han sido ampliamente utilizados para organizar moléculas y otros componentes a nanoescala (por ejemplo, las proteínas y nanopartículas [NPs]), con precisión de nanómetros en geometrías casi arbitrario1,2 , 3 , 4 , 5. la capacidad de arreglar metal NPs en plantillas de origami de la DNA con un alto rendimiento y precisión permite la fabricación de plasmónica estructuras con nuevas propiedades ópticas6,7,8, 9 , 10. técnica de origami de ADN es especialmente útil para la generación de estructuras plasmónica quirales, que requieren arquitecturas realmente tridimensional11,12,13, 14 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20.
Este protocolo describe detalladamente todo el proceso de la fabricación de asambleas quirales con plantilla de origami de ADN de AuNRs. El software utilizado para el diseño21 y estructura predicción22,23 de origami de ADN es intuitiva y libremente disponible. La fabricación de origami y la síntesis de AuNR utilizan equipo común de laboratorio de bioquímica (p. ej., termocicladores, electroforesis en gel, placas, centrifugadoras). Las estructuras son caracterizadas usando la espectroscopia TEM y CD estándar.
La fabricación de nanoestructuras plasmónica similares con métodos de arriba hacia abajo (p. ej., litografía por haz de electrones) requeriría algo complicado y costoso equipo. Además, ADN origami plantillas proporcionan la posibilidad de incorporar reconfigurabilidad estructural en plasmónica asambleas24,25,26,27,28,29 ,30,31,32,33, que es extremadamente difícil para las estructuras fabricadas con técnicas de litografía. En comparación con otros enfoques moleculares34,35,36,37, fabricación basada en el origami de ADN proporciona un alto nivel de precisión espacial y de programación.
El Protocolo introduce el flujo de trabajo completo de diseño, montaje, purificación y caracterización de asambleas quirales basados en origami de ADN de AuNRs. Las plantillas de origami de ADN utilizadas en el protocolo son especialmente adecuadas para la fabricación de conjuntos de estímulos-respuesta. Varios tipos de respuestas y functionalizes pueden ser incorporados en los filamentos de la cerradura que definen el estado quiral de origami plantilla (figura 1B)24,25,26,31. Para montajes estáticos, plantillas más sencillas en forma de bloque son a menudo suficientes14,45,46,47.
El ADN origami enfoque basado en la fabricación de nanoestructuras plasmónica hereda limitaciones del ADN origami técnica48. El tamaño de las plantillas de origami es normalmente limitado por el tamaño del filamento del andamio. La estabilidad de las estructuras de ADN se reduce bajo condiciones ley sal. El costo de la grapa sintético hebras sigue siendo bastante alto. Sin embargo, se espera que los acontecimientos recientes en el campo de la nanotecnología de ADN estructural para superar estas limitaciones49,50,51,52,53,54 , 55.
En comparación con otros enfoques moleculares para la generación de asambleas quirales de AuNRs34,35,36,37, origami de ADN proporciona un alto nivel de precisión espacial y de programación.
Para lograr respuestas ópticas fiables y reproducibles de asambleas quirales, se recomienda adaptar los protocolos de AuNR síntesis40, ya que la calidad y propiedades ópticas de los productos comerciales pueden variar entre lotes. Adicional recocido (paso 6.2) es a menudo crucial para asegurar la correcta fijación de AuNRs a plantillas de origami de ADN (figura 6).
Por último, el protocolo descrito aquí no se limita a asambleas quirales. Origami de ADN proporciona una plataforma muy flexible para la fabricación de nanoestructuras plasmónica complejo9,10.
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecen a S. Voutilainen su asistencia con el espectrómetro del CD. Los autores reconocen la prestación de servicios y soporte técnico por la Universidad de Aalto en OtaNano – Nanomicroscopy centro (Aalto-NMC). Este trabajo fue apoyado por la Academia de Finlandia (grant 308992) y programa de investigación e innovación a los horizonte 2020 de la Unión Europea bajo Marie Skłodowska-Curie conceder acuerdo Nº 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 | Molecular Biology |
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 | Molecular Biology |
TE buffer (10X) | Thermo Fisher Scientific | BP24771 | Molecular Biology |
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 |