Direkte mikroskopi billeddannelse afslører detaljer i DNA origami nanostrukturer

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory er nu i stand til at se flere detaljer om DNA-origami nanostrukturer, hvilket vil føre til en større forståelse og kontrol af deres montage til fremtidige applikationer.

DNA-origami er foldningen af ​​lange "stillads"-strenge af enkeltstrengede cirkulære DNA-molekyler, der holdes sammen ved hjælp af korte "hæfte"-strenge til at skabe forskellige to- eller tredimensionelle former på nanometerskalaen. DNA er meget udbredt som byggesten til disse strukturer på grund af specificiteten af ​​interaktionerne mellem komplementære basepar. Fordi disse nanostrukturer kan fremstilles identisk og i relativt store mængder, de er meget attraktive for nanoteknologiforskere, og er potentielt nyttige i en række applikationer.

Tanya Prozorov, en elektronmikroskopiekspert ved Ames Laboratory, kalder sig selv "hvordan ved du det?" person. "En af nanovidenskabens kampe er tydeligt at kunne se de strukturer, vi laver, og forstå disse strukturer med de største detaljer. Hvordan ved vi det? Det er det problem, jeg prøver at løse, " hun sagde.

I dette tilfælde, udfordringen er at forstå den tredimensionelle størrelse, form og ensartethed af trekantede origami-strukturer, der vil tjene som et formspecifikt fundament for at skabe et lag af ensartede guld-nanopartikler, danner en plasmonisk enhed, et metamateriale med specialiserede egenskaber.

På grund af deres kemiske sammensætning, DNA-nanostrukturerne er svære at afbilde, med konventionel elektronmikroskopi prøveforberedelsesmetoder knusning eller fladning af prøverne, eller ved at bruge en kontrastfarve, der indfører andre materialer i prøven, muligvis ændre deres overfladekemi og egenskaber.

Ames Lab-forskningsgruppen var i stand til direkte at fange billeder af fine detaljer i ufarvede DNA-origami nanostrukturer ved hjælp af en særlig type scanningstransmissionselektronmikroskopi kaldet højvinklet ringformet mørkfelt STEM. Indtil nu, et sådant detaljeringsniveau af DNA-origami-strukturer var utilgængeligt uden at bruge kemiske pletter eller ty til atomkraftmikroskopi. Med hjælp fra en samarbejdspartner fra University of Pittsburgh, holdet var også i stand til at opnå et 2-D-gennemsnitsbillede fra en undergruppe af billeder med lavere forstørrelse klassificeret i en række klasser og beregnet ved at bruge en specialiseret rutine, der anvendes af kryo-elektronmikroskopi-samfundet.

"For at lave DNA-baserede plasmoniske materialer, vi skal montere mange metalnanopartikler på DNA-strukturerne for at opnå specifikke elektromagnetiske egenskaber. Processen begynder med at skabe metalfrø på overfladen af ​​DNA origami, og derfor skal vi have en god forståelse af overfladen – dens struktur, kemi og topografi, for at forstå metalliseringsprocessen. Vores metode til billeddannelse ufarvet, uændrede DNA origami -strukturer giver os mulighed for at se disse detaljer, "sagde Prozorov." Vi forestiller os, at vores metode skal bruges i vid udstrækning som en ligetil metode til afbildning af DNA -nanostrukturer. "

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Billeddannelse af ufarvede DNA Origami trekanter med elektronmikroskopi, " offentliggjort i Små metoder .