Um die Anbindung von DNS an Gold-, Glas-, beziehungsweise Polyimidstrukturen zu testen, wurden Glas/Gold- und Glas/Polyimid-Kantenstrukturen gefertigt. Somit konnten zun¨achst Schwierigkeiten aufgrund einer komplizierten lithographischen Substratstruktur ausgeschlos-sen werden. Auf solche Strukturen wurde DNS gem¨aß dem in Kapitel 3.5 beschriebenen Verfahren aufgebracht und unter dem Mikroskop untersucht. Ein erstes Ergebnis ist in Ab-bildung 4.3 zu sehen. Das Bild zeigt DNS (gr¨un) auf einem Glas/Gold-Substrat (schwarz),
4.3 Anbindung der DNS an Gold
Abb. 4.3: DNS unspezifisch angeheftet:
DNS haftet unspezifisch, das heißt nicht ¨uber die Thiolbindung, an der Substratoberfl¨ache. An einigen Stellen ist sie zu gr¨oßeren Klumpen verklebt.
die allerdings schlecht oder unspezifisch (d. h. nicht ¨uber Thiolgruppen) an der Oberfl¨ache
”klebt“. In diesem Bild ist nicht zu erkennen, ob sich an der Stelle der Aufnahme Gold oder Glas als Unterlage befindet. Daher kann hiermit nur ein Hinweis gegeben werden, nach welchen Strukturen unter dem Mikroskop zu suchen ist.
Ein zun¨achst unerwartetes Ergebnis ist in Abbildung 4.4 zu sehen. Der DNS-Tropfen auf dem Substrat ist am Rand leicht eingetrocknet. In dem daraus entstehenden Meniskus hat sich DNS gestreckt. Auf dem Bild erkennt man vereinzelte gestreckte DNS-Str¨ange, die nach einer groben Absch¨atzung unter dem Mikroskop eine L¨ange von 12 bis 18µm besitzen, was in etwa der relaxierten Konturl¨ange der DNS entspricht. Dieser Streckvorgang wurde bei diesen Versuchen nicht kontrolliert und ist somit ein Zufallsprodukt, er zeigt aber, dass es prinzipiell m¨oglich ist, DNS auf den hier benutzten Substraten zu strecken.
Auf einem weiteren Glas/Gold-Substrat konnte eine unterschiedliche Anheftung der DNS-Molek¨ule an die Unterlage je nach Substrat nachgewiesen werden. Das Glas der verwendeten Substrate war unbehandelt oder nur mit einer hydrophoben Silanschicht versetzt. Dennoch enth¨alt es an seiner Oberfl¨ache viele nicht abges¨attigte chemische Molek¨ulgruppen
(beispiels-Abb. 4.4: Gestreckte DNS-Str¨ange:
In der rechten Bildmitte, unterhalb des großen Flecks, sind einzelne, gestreckte DNS-Str¨ange zu erken-nen. Ihre L¨ange entspricht grob der relaxierten Konturl¨ange der ver-wendetenλ-DNS.
Abb. 4.5: DNS auf Glas:
Auf der oberen linken Bildh¨ alf-te erkennt man den DNS-Teppich auf einem Glassubstrat. Er ist fast unbeweglich, das homogene Bild ist auf die unspezifischen Bindun-gen der DNS zur¨uckzuf¨uhren, die somit in verschiedenen Positionen je nach Anheftungspunkt auf dem Glas liegt.
weise –OH), an die die DNS unspezifisch an beiden Enden oder ¨uber ihr R¨uckgrat binden kann. Um eine Bindung der DNS an Glas zu verhindern, wie es im endg¨ultigen Experiment vorgesehen ist, muss daher die Glasoberfl¨ache noch chemisch behandelt werden, um bindungs-f¨ahige Gruppen abzus¨attigen, so dass sich keine freien Bindungsstellen zur DNS bieten. Im vorliegenden Experiment
”klebt“ das Molek¨ul einer solchen Bindung allerdings fast unbeweg-lich auf der Substratoberfl¨ache. Ein solcher Fall ist in Abbildung 4.5 zu sehen. Man erkennt
¨ahnlich wie in Abbildung 4.3 keine Strukturen, sondern nur einen eher homogenen, gr¨unen
”DNS-Teppich“. Bei Live-Aufnahmen mit dem Mikroskop sind in diesem Bereich nur wenige Bewegungen zu sehen. Unten rechts im Bild nimmt die DNS-Konzentration ab, dort erfolgt der ¨Ubergang zum anderen Substrat. Eine genauere Analyse dieses ¨Ubergangs wird im ¨ uber-n¨achsten Absatz gegeben.
Abbildung4.6ist auf der gleichen Probe entstanden, allerdings auf der Goldschicht. Im Ge-gensatz zum vorherigen Bild erkennt man hier eine spezifische Anbindung der DNS-Molek¨ule an die Goldoberfl¨ache. Die DNS ist an ihren thiolmodifizierten Enden an das Goldsubstrat gebunden und steht in z-Richtung aus der Bildebene heraus, was anhand der
”Punkstruktur“
Abb. 4.6: DNS auf Gold:
Auf der unteren rechten Bildh¨ alf-te erkennt man die ¨uber das Thiol an das Gold angeheftete DNS. Die Molek¨ule bewegen sich im Live-Bild in Zitterbewegungen um ihren Anheftungspunkt.
4.3 Anbindung der DNS an Gold
Abb. 4.7: DNS auf Chromoxid an der Glas/
Chromoxid/Gold-Grenzfl¨ache:
Diagonal in der Bildmitte ist der Chromoxid-Streifen zu erkennen, auf dem keine DNS haftet. Links oben ist DNS auf Glas, rechts un-ten im Bild auf Gold gebunden, die unterschiedlichen Bindungsty-pen sind hier gut unterscheidbar.
im Gegensatz zu den gestreckten Strukturen aus Abbildung 4.4 zu erkennen ist. Bildlich ist daher ein
”DNS-Wald“ aus der Vogelperspektive zu sehen. Die nach oben stehenden Molek¨ule sind zum großen Teil noch verkn¨ault, bewegen sich aber in Zitterbewegungen um ihren An-heftungspunkt. Im Live-Bild unter dem Mikroskop ist daher der Unterschied zu einem reinen Glassubstrat deutlich an dieser Bewegung erkennbar. Oben links in der Abbildung nimmt wiederum die DNS-Konzentration ab, da hier der ¨Ubergang zur anderen Schicht beginnt.
Die Glas/Gold-Substrate wurden in der Aufdampfanlage hergestellt, in der die Glassub-strate teilweise abgedeckt wurden, um so die Kantenstruktur zu erhalten. F¨ur Gold ist auf Glas allerdings eine d¨unne Chromschicht als Haftvermittler n¨otig. Aufgrund der Geometrie der Aufdampfanlage gibt es zwischen Glas und Gold beim ¨Ubergang einen schmalen Streifen 5 nm dicken Chroms, welches bei Bel¨uftung der Anlage nach den beiden Bedampfungsschrit-ten oxidiert. Das Chromoxid deckt die unges¨attigten OH-Gruppen des Glassubstrates ab, bietet aber selbst keine Bindungsm¨oglichkeiten f¨ur das Thiol am Ende des DNS-Strangs. In Abbildung4.7ist dieser schmale Chromoxidstreifen zu sehen, er ist dunkel, da fast keine DNS an ihm gebunden ist. Links oben ist wiederum die Glasoberfl¨ache mit dem
”DNS-Teppich“ zu erkennen, rechts unten der spezifisch an das Gold gebundene
”DNS-Wald“.
F¨ur einen weiteren Anheftungsversuch wurde eine Glas/Polyimid-Kante auf einem Glas-substrat gefertigt. Dieser Versuch sollte das Verhalten von DNS auf Polyimid im Gegensatz zu Glas charakterisieren. Die zugrundeliegende Fragestellung bei diesem Test war, inwieweit man eine Behandlung der Glasoberfl¨ache zur Verhinderung von unspezifischer DNS-Anheftung vor-antreiben sollte oder ob vielmehr eine Optimierung der Lithographie auf Polyimid anzusetzen ist. Polyimid ist chemisch inert, hat keine freien Molek¨ulgruppen und h¨alt großen mechani-schen Belastungen stand. In Abbildung 4.8 ist die Polyimid/Glas-Grenzschicht abgebildet.
Wie erwartet ist die Polyimidschicht links unten v¨ollig frei von DNS, wobei auf Glas das bekannte Verhalten zu erkennen ist. Hierbei ist zun¨achst nicht klar, ob auf Polyimid wirklich keine DNS bindet oder ob seine leicht gelbliche F¨arbung den einstrahlenden blauen Lichtstrahl beziehungsweise das gr¨une Streulicht der YOYO-Molek¨ule absorbiert. Bei Aufpipettierung ei-ner hochkonzentrierten DNS-L¨osung auf das Polyimid ohne Absp¨ulen wurde jedoch eindeutig gr¨unes Fluoreszenzlicht beobachtet. Somit ist es eindeutig, dass Polyimid keine DNS bin-det, daher sollte die Lithographie auf Substraten mit vorhandener Polyimidschicht optimiert werden. Polyimid hat sich durch diese Tests als bisher bester Untergrund erwiesen.
Abb. 4.8: DNS auf Polyimid:
Links unten befindet sich das Poly-imid, auf dem keine DNS-Molek¨ule haften. In der rechten oberen Bild-h¨alfte zeigt sich wieder das bekann-te Haftungsverhalbekann-ten auf einer un-behandelten Glasschicht.
Als weitere Tests zur Anbindung von DNS bieten sich nun Gold/Polyimid-Substrate auf Glas oder auch Kombinationen von Silizium und Gold mit und ohne Polyimidschicht an. Somit kann das Bindungsverhalten von (oxidiertem) Silizium im Vergleich zu Polyimid und Glas charakterisiert werden. Aus Zeitgr¨unden konnten diese Tests in der vorliegenden Diplomarbeit nicht mehr durchgef¨uhrt werden, lassen sich aber im Anschluss daran schnell verwirklichen.
Offen dabei bleibt immer noch die Frage, wie sich das Streckverhalten von DNS auf Polyimid im Gegensatz zu den aus der Literatur bekannten Daten auf Glas ver¨andert.