Forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory kan nu se fler detaljer om DNA-origami nanostrukturer, vilket kommer att leda till en större förståelse och kontroll av deras montering för framtida applikationer.

DNA-origami är vikningen av långa "ställnings"-strängar av enkelsträngade cirkulära DNA-molekyler som hålls samman med hjälp av korta "häftklammer" för att skapa olika två- eller tredimensionella former på nanometerskala. DNA används i stor utsträckning som byggstenar för dessa strukturer på grund av specificiteten hos interaktionerna mellan komplementära baspar. Eftersom dessa nanostrukturer kan tillverkas identiskt och i relativt stora kvantiteter, de är mycket attraktiva för nanoteknikforskare, och är potentiellt användbara i ett antal tillämpningar.

Tanya Prozorov, en elektronmikroskopiexpert vid Ames Laboratory, kallar sig själv "hur vet du det?" person. "En av nanovetenskapens kamper är att tydligt kunna se strukturerna vi skapar, och förstå dessa strukturer med största detalj. Hur vet vi? Det är problemet jag försöker lösa, " Hon sa.

I detta fall, utmaningen är att förstå den tredimensionella storleken, form och enhetlighet hos triangelformade origamistrukturer som kommer att fungera som en formspecifik grund för att skapa ett lager av enhetliga guldnanopartiklar, bildar en plasmonisk anordning, ett metamaterial med specialiserade egenskaper.

På grund av deras kemiska sammansättning, DNA-nanostrukturerna är svåra att avbilda, med konventionell elektronmikroskopi provberedningsmetoder krossa eller platta till proverna, eller använda en kontrastfärg som för in andra material i provet, eventuellt förändra deras ytkemi och egenskaper.

Ames Labs forskargrupp kunde direkt fånga bilder av fina detaljer i ofärgade DNA-origaminanostrukturer med hjälp av en speciell typ av skanningstransmissionselektronmikroskopi som kallas högvinklat ringformigt mörkt fält STEM. Ända tills nu, sådan detaljnivå av DNA-origamistrukturer var otillgänglig utan att använda kemiska fläckar eller tillgripa atomkraftsmikroskopi. Med hjälp av en medarbetare från University of Pittsburgh, teamet kunde också erhålla en 2D-genomsnittsbild från en undergrupp av bilder med lägre förstoring klassificerade i ett antal klasser och beräknade med hjälp av en specialiserad rutin som används av kryoelektronmikroskopigemenskapen.

"För att göra DNA-baserade plasmoniska material, vi behöver montera många metallnanopartiklar på DNA-strukturerna för att uppnå specifika elektromagnetiska egenskaper. Processen börjar med att skapa metallfrön på ytan av DNA-origami, och därför måste vi ha en god förståelse för ytan – dess struktur, kemi och topografi, för att förstå metalliseringsprocessen. Vår metod att avbilda ofärgade, oförändrade DNA-origamistrukturer tillåter oss att se dessa detaljer, ", sa Prozorov. "Vi föreställer oss att vår metod kommer att användas i stor utsträckning som en enkel metod för att avbilda DNA-nanostrukturer."

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Avbildning av origamitrianglar med ofärgade DNA med elektronmikroskopi, " publicerad i Små metoder .