DNA 구조에 대한 생물 학적 및 물리적 연구 DNA (1)의 전자 성질에 상당한 관심을 발표했습니다. 방사선 효과 및 DNA의 질소 기지의 이온화 잠재적인 연구의 결과로 DNA의 병변의 형성은 DNA 전자 (2)쪽으로 연구자를 추적했다. 전도성을 위해 필요한 π - 전자 풍부한 기지를 보유하고 게다가, DNA는 나노 전자 (3, 4)에 나노 규모의 크기를 가지고 있습니다. 이러한 속성은 DNA 분자 전자를위한 유망한 재료합니다. DNA의 전기적 특성은 이러한 분자 와이어 (5, 6)로 nanoscale 장치를 생산 목표로 연구되고있다. 최근 연구에서 직접 전기 측정을 중심 반면 이전 IV 특성화는 photoinduced 무료 전송 연구 (7)에 의해 연루되었다. 전기 전도율 측정 모호한 실험과 이론을 모두 결과를 굴복 있고, 발음 DNA가 행동의 광범을 가지고 있습니다. 연구자들은 박테리오 파지 λ -의 전체 게놈의 IV 특성을 공부하고 화학적 30 BP (8, 9)에 oligos를 합성. 자연 DNA의 IV 특성화 함께 개입 시퀀스로 구분하여 낮은 높은 구아닌 풍부한 지역을 제공합니다. 풍부한 콘텐츠와 구아닌 구아닌 시퀀스가 DNA 시퀀스 (10)를 구성 네 기지 중 가장 낮은 산화 잠재력을 가지고있는 그대로, 미래 nanowire 높은 잠재력을 가지고 있습니다. 더 이상 문학 λ - 박테리오 파지의 구아닌 풍부한 본질적 시퀀스의 IV 특성에 대한보고되지 않았습니다. 더블 좌초 고유 구아닌 풍부한 λ - DNA 시퀀스를 직접 IV 측정에 대한이 연구 보고서. DNA nanowire의 전기 문제는 낮은 구아닌 콘텐츠의 결과로 영향을받지 않습니다 그래서 세 구아닌 풍부한 지역이 연구를 위해 선택되었다. 다양한 크기의 이러한 본질적인 시퀀스는 특정 thiolated primers를 사용하여 중합 효소의 연쇄 반응 (PCR)에 의해 합성되었다. 재료와 방법 특정 Thiolated (5 '종료) primers Pr1 (1 층 - ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R - TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F - TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R - CACTTCATGCTTCGGCTTGAC)와 Pr3 (3F - TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R - GCCATGATTACGCCAGTTGTAC)은 GC를 계획하여 유전자 러너 3.05 프로그램을 결정했다 % 대 λ - DNA 순서 (48502 BP). Primers는 합성 및 바이오 기본 주식 회사에서 procured되었습니다 캐나다 . 특정 primers (Pr1, Pr2 & Pr3)에 대한 증폭 조건의 표준화는 MJ 연구 그라데이션 자전거 타는 사람 (PTC - 200)에서 수행되었다. 조건의 다른 세트는 최대 증폭을 얻을 수 있도록 사용되었습니다. 얻은 최적의 증폭 조건 560C, 560C 및 550C와 1.5 MM의 MG 했어요 - + 이온이 집중. λ - DNA가 1,910 BP (0.6494 × 10 -4 cm), 2947 BP (1 X 10 -4 cm)와 3,970 BP (1.3498 × 10 -4 cm)의 조각을 증폭하기 위해 템플릿으로 사용되었다. PCR 합성 구아닌 풍부한 시퀀스 (SQ1 = 1910 BP, SQ2 = 2947 BP; SQ3 = 3970 BP)이 Nucleotrap PCR 정화 키트를 사용하여 정화되었습니다. 간격을 0.6과 금 전극을 조작하는 절차, 1.0 및 1.3 μm의은 (11) 다른 설명했다. 간단히, Microelectrodes는 광학 트위터 정액 Microlaser의 해부 Combi 시스템을 사용하여 골드 코팅 (30 NM) 유리 웨이퍼를 가공했다. 골드는 20 μJ와 0.66 MW의 평균 전력의 에너지 4 NS 펄스 기간의 UV - 레이저 (λ - 337 나노미터)을 적용하여 ablated했다. H 2 O 2 : 전극 피라 솔루션 [H 2 SO 4 청소했다 : 3시 1분 (V / V)]로 (12) 앞에서 언급한. 준비 DNA 샘플을 드롭 (0.2 μl)이 (SQ1, SQ2 & SQ3) 자신의 고정을위한 물리적으로 분리 전극을 통해 밖으로 pipetted했던 것은 않도록 간 요소 배선을 수립. 그것은 16 시간 동안 incubated 후 deionized 증류수로 깨끗이 씻어했다. 결국, 그것은 건조 질소와 IV는 휴렛 팩커드 HP4155A, ≥ 1,013 W, 10 FA의 현재 해상도의 내부 저항을 가지고 반도체 파라미터 분석기와 연결된 signatone하여 데스크톱 프로브 스테이션을 특성화했다. λ - DNA가로 (12) 앞에서 언급한 고정화되었다. BIO 기본 사와, 분자 생물학 등급의 모든 화학 물질과 효소 Q. BIO 유전자에서 procured되었습니다 캐나다 ; USBIOLOGICAL , 미국 ; 시그마 올드 리치 , 미국 과 카메 , 미국 . 모든 솔루션은 deionized (MΩ 18) 증류수 매우 순수한 물 (ELGA Purelab 극도로 시스템)에 준비되었습니다. 샘플은 DNA의 전도성 카운터 이온 효과의 역할을 제외 탈이온수에서 준비되었다. 로 마그네슘 및 기타 생물 학적 무기 이온이 추가되지 않은 그들은 DNA와 RNA (13)의 주려고 기지. 검색 결과 IV 측정 : PCR은 구아닌이 풍부한 합성 (SQ1, SQ2 및 SQ3)와 λ - DNA 시퀀스가 미세 전극 사이에 고정되었다. 전극 사이의 DNA의 양은 ~ 1-4 것으로 추정 × 10 SQ1, SQ2와 SQ3와 ~ 4.0 -1 NG X 10 λ - DNA가 -2 NG. 등방성 전기적 특성은 각각의 경우에서 관찰되었다. 따라서 DNA의 구조는 비정질 상태 즉, 무작위로 배포 (14)의 것으로 생각됩니다. 관찰 전도율 때문에 어떤 오염의 DNA에 의한 및되지 않았음을 보장하기 위해 통제 실험이 수행되었다. 고정 DNA와 전극 DNase - I를 포함하는 용액에 30 분 incubated되었습니다. 이 효소는 특히 이중 좌초된 DNA를 인하. DNase 처리 전극의 IV 특성은 전류를 보여줍니다 않습니다. 이것은 전극 사이의 DNA의 존재를 보장합니다. 다른 제어 실험에서 전극 대신 DNase의 microlaser 치료를 제공했다하면 다시 그 결과는 동일했다. 얻은 특성의 종류는 카운터 이온 효과의 역할을 배제. 그것은 카운터 이온 효과 (그림의 1D)가있다면 전도에 날카로운 가을에 결과를 기대하지 않습니다. DNA 이중 나선 구조가 물 박막의 모바일 카운터 이온에 의한 더불어 가장 인정 요소는 전도성에 기여 수 있습니다. 모바일 카운터 이온은 실내 온도에서 전도성에 기여 수도 있지만, 질소는 중요한 역할에 대한 길이 규칙을 증가와 전도성의 전도도 측정 및 날카로운 가을을 수행하기 전에 샘플 건조.     λ - DNA의 본질적 시퀀스 그림 1. IV 특성. A - λ - DNA, B - SQ1, SQ2 C - 및 D - SQ3. 그림 1은 -1에서 +1 λ - DNA, SQ1, SQ2와 SQ3의 IV 특성을 비교 V. 현재는 정상 및 역방향 극성 (N / R)에서 측정 되었음 등방성 특성을 관찰했다. 전압 감시 장치는 모두 긍정적인 방향 및 미세 구조뿐만 아니라 데이터의 전체적인 모양 음수가 아래로 지나간다에 비해 최대를위한 제로 바이어스 주변 미러링됩니다에서 수행되었다. 각각의 경우 세 가지 측정의 평균은 그림 1에 표시된되고 평가 SQ1, SQ2와 SQ3 위해 표 1에서보고되었습니다. SQ1, SQ2와 SQ3에 대한 표 1. IV 측정 조건 및 결과. | SQ1
(1,910 BP) | -1 1 | 0.6 μm의 | N / R | ~ 0.16 EV | 6.20 × 10 -5 | 1.61 X 10 4 Ω | SQ2
(2,947 BP) | -1 1 | 1.0 μm의 | N / R | ~ 0.22 EV | 3.23 × 10 -8 | 3.09x 10 7 Ω | SQ3
(3,970 BP) | -1 1 | 1.3 μm의 | N / R | ~ 0.02 EV | 1.37 × 10 -10 | 7.29 X 10 9 Ω |
PA의 범위에서 현재 매우 낮은이 λ - DNA (그림 1A)에 대한 관찰되었다. SQ1와 SQ2는 밴드 갭과 명백하게 비선형 상승으로 ~ 0.16과 상당한 전류 흐름이 발생하는 초과 ~ 0.22 EV, (그림의 1B & C). 10 μA 및 10 NA의 전류 범위는 각각, SQ1 및 SQ2에 대한 관찰되었다. SQ3 10 PA 범위 (그림의 1D)에 0.02 EV 및 전류의 밴드 갭과 λ - DNA의 경우 거의 유사한 동작을 보여줍니다. 전자 커플링 전자 결합 에너지는 DNA의 전도성을 설명하는 모든 모델에 중요한 성분이다. 차동 중복의 반 경험적 중간 방치 (인도) 해밀턴를 사용하여 B3LYP/6-31G (D, P) 기하학에 C : C (A : : T) NG 현재, 그것은 중립 G의 단일 지점에서 계산을 사용하여 계산되었다. 3 차원에서 두 원 아로마 moieties 사이의 거리 즉, 기본 쌍 사이의 거리 (R) B - DNA의 경우와 같이 지속적으로 유지되었다 3.38입니다. 결국 구멍 전송을위한 전자 커플링 에너지가 호모의 에너지에서 얻은되었고, DFT/B3LYP 최적화된 기하학 (15, 16)에서 인도 해밀턴과 함께 얻은 기본 쌍 스택의 호모 - 1. B - DNA의 기지와 기지 쌍 형상은 같은 HYPERCHEM에 구현된 호박 역장의 핵산에 대한 템플릿을 사용하여 만들어졌습니다. 설탕 인산염 등뼈가 삭제되었습니다와 수소가 표준 결합 길이에 추가되었습니다. 이 기본 쌍 비행기 사이의 기본 쌍 거리와 각도는 각각 3.38 36 0 보관했다. 토론 PA 범위에서 전류는 매우 낮은 λ - DNA에 대한 관찰되었다. 전류의 상당한 값이 -1에서 +1 V. μA 및 10 NA가 각각 SQ1 및 SQ2에 의해 표시되었다 10 범위에서 현재 SQ1와 SQ2에 따른되면서이 낮은 문턱 전압에 의한 수 있습니다. 첫 순간이 관찰 선택한 시퀀스 구아닌 풍부한 지역 것처럼 시퀀스의 풍요로움을 구아닌 때문일 수 있습니다. 다른 손으로 SQ3에 현재 ie10 매우 ...와 비슷하지 않은 범위를 보이고있다 PA. 이것은 전류 범위는 λ - DNA (Fig.1D)에 대한 관찰 전류 범위가 매우 가까운 거리에 있습니다. 에도 불구하고, 밴드 갭이 같은 SQ1 및 SQ2 (Table1)에 비해 SQ3에 대해 덜 되었음 상당한 전류는 관찰되지 않았습니다. λ - DNA 세 본질적 시퀀스의 비율 구아닌은 ~ 58%이고 λ - DNA에 ~ 49%입니다. GC 비율이 사용 DNA 시퀀스의 관점 길이와 관련하여 계산되었다. 이전, 그것은 제안했다 (17)는 별도로 GC 단계의 삽입 : T 다리가 실제로 호핑 엄격한 구아닌은 장거리 DNA - 중재 충전 전송을 설명 수 없다는 명백한 증거를 제공 무료 수송의 효율성을 감소시킵니다. 따라서 그것은 시퀀스의 길이와 구아닌보다는 전도성을 ascertaining 단위를 수행 사이에 개입 기지입니다. 그러나, 구아닌 염기의 필수적인 역할은 생략할 수 없습니다. 그것은 현재의 범위는 시퀀스의 길이 연속적으로 증가 10 3 요소가 감소했습니다 점에 유의하는 흥미롭습니다. 전도율 (σ0)이 Δ = 0.16 및 Δ의 밴드 갭과 SQ1 및 SQ2에 대한 평가 = 0.22 EV는 2.4x10 5로 발견되었습니다 그리고 7.7x10 2 Ω -1 cm -1, 각각. SQ1와 SQ2 사이의 같은 밴드 갭에서 비교 전도율을 확인하기 위해, 전도성은 SQ2에 대한 Δ = 0.16 EV으로 계산되었다. 그것은 σ0 = 2.3x10 2 Ω -1 cm -1로 계산되었다. 그것은 Δ = 0.22 EV의 밴드 갭에서 계산 전도도로부터 상당한 차이를 표시하지 않습니다. 최대 임피던스 [최대 (꼬마 도깨비)] DNA 세그먼트 SQ1, SQ2와 SQ3에서 제공하는 각각 X10 4 요소, X10 X10 7 9되었습니다. 그것이 10 9 Ω의 행동과 높은 저항 절연 표시된 것처럼 전도성이 SQ3에 대한 평가되지 않았습니다. SQ1, SQ2와 SQ3 시퀀스에서 무료 전송 거리의 빈도를 확인하기 위해, 그들의 분석 완료되었습니다. 밟은 다음과 같습니다 그것은 수행 단위 (CG GC)가 관찰되었다 N (: : T 또는 T)에 의해 기지 [G : C (A : T) NG : C]. 또한, 그것은 또한 'N'이 SQ1, SQ2와 SQ3의 주파수 변화와 함께 1부터 10 다릅니다 것으로 나타났다. N의 주파수 6 <6 N의 주파수에 비해 더 많은 것을 알았습니다>. 'A'또는 단위 'G'를 실시 사이에 'T'의 경향에 든다는 길이가 증가 연속적으로 증가했다. DNA의 전도성에 기지를 개입의 역할을 확인하려면 전자 커플링 에너지가 실시 단위 사이에 개입 기지 (표 3) 서로 다른 주파수를 계산했다. 실시 단위 사이의 T 쌍 : 그것은 전자 결합 에너지는 숫자 증가와 함께 증가하고 있습니다 보여줍니다. 전자 커플링 N = 3 개까지 급격히 감소하고 'N'날카로운 가을에 더욱 증가는 관찰되지 않습니다. 전도성의 감소를 일으키는 두 인접 실시 단위 약한 커플링이 발생합니다. 충전 사업자 및 nucleobase 전자 커플링의 효과에 관한 연구와 토론은 무료 전송 거리에 대한 확실한 결론을 그리는 부족 할지도 모르지만 그것은 수행 단위 사이에 개입 기지가 필요한 재료는 전자 결합 에너지에 큰 변화를 일으키는 것을 목적으로 서비스를 제공 무료 전송. 표 2. 커플링 에너지가 개입 기지 (A)와 단위 (G)를 실시 계산. | 개그 | -8.539 | -8.488 | 0.051 | G (A) 2 G | -8.564 | -8.465 | 0.099 | G (A) 3 G | -8.572 | -8.455 | 0.117 | G (A) 4 G | -8.575 | -8.450 | 0.125 | G (A) 5 G | -8.576 | -8.448 | 0.128 | G (A) 6 G | -8.576 | -8.447 | 0.128 | G (A) 7 G | -8.576 | -8.444 | 0.132 | G (A) 8 G | -8.576 | -8.443 | 0.133 | G (A) 9 G | -8.576 | -8.442 | 0.134 | G (A) 10 G | -4.938 | -4.804 | 0.134 |
N (N> 4) 오히려, 이동 충전을 차단하지 않습니다 : T의 행위를 전하 캐리어 (18)로 : 이것은 또한의 번호를 (T) 증가하는 것을보고됩니다. 1-3 전자 결합 에너지에서 'N'의 증가가 급격히 증가하고 이후 N = 4와 같은 추세가 줄어들와 표 3은 또한 보여줍니다. 이 결과는 더욱 사이토 외의 연구에 의해 뒷받침 될 수 있습니다. (1998) 누가 G를위한 이온화 에너지를 계산 : TTGTT은 6.96 EV (19)입니다 대한 TAGAT는 6.73 EV이기 C는 7.34 EV 있습니다. 이것은 명확하게 인접 기지가 TAGAT 및 TTGTT위한 IP 감소 따라서 안정을 도모함을 나타냅니다. 이 계정은 장거리 전도성에 필요한 시퀀스를 개입의 평균. 그러나, 그것은 가능한 모든 시퀀스 차이가 전도성의 동일한 패턴의 결과 것이 필요하지 않습니다. 결론 현재 경우, λ - DNA의 본질적 구아닌 풍부한 시퀀스의 전도성은 길이가 좌우 되는것 발견되었습니다. 그것은 공부 시퀀스의 전도성이 개입 기지의 빈도를 기준으로 바뀌었습니다 두 실시 단위 사이의 시퀀스 평가 및 전자 커플링 에너지 계산에서 유추됩니다. 이 실시 단위 사이에 개입 기지의 번호는 상수 또는 고정되지 않습니다. 개입 기지의 다양성은 DNA 시퀀스 길이의 증가와 함께 증가된다는 것을 발견했다. DNA의 전도성이 완전히 구아닌 염기에 의해 규율뿐만 아니라 '에서'기지에 의해 보완되지 않습니다. 개입 시퀀스의 평균 것은 장거리 요금 전송을 위해 필요합니다. 이러한 결과는 개입 기지 변화와 구아닌 풍부한 시퀀스의 전기 행동에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 그것은 또한 DNA nanowire의 전도율을 수정에 도움이 될 수 있습니다. 수신 통보 이 작품은 생명의학과 (DBT)와 과학 기술 (DST) 계열에 의해 지원되었다. 저자는 microelectrode 어레이 제조를위한 GETECH 하이 데 라 바드, 인도에서 박사 Prakash에 감사하고 있습니다. 우리는 또한 씨 AK Shukla하고 귀중한지도 및 제안 박사 Amit Sharma에 감사하고 있습니다. 우리 작가 중 하나 (RAM Ajore)은 과학 및 산업 연구 (CSIR)위원회 감사 델리 교제를 제공 |
1. Bhalla V., Bajpai RP 및 Bharadwaj LM, "DNA 전자", EMBO 보고서, 4, 1-4, 2003. 2. 오닐 P.과 Fielden EM, "DNA의 기본 자유 라디칼 처리" 교수실 Radiat Biol, 17, 53, 1993. 3. Warman JM, 드 Hass MP와 Rupprecht A., "DNA : 분자 와이어", 화학 물리 편지, 294, 319-322, 1996. 4. 요아킴 C., Gimzewski JK와 Aviram A.는 "전자는 하이브리드 - 분자 사용 모노 - 분자 장치를"자연, 408, 541-548, 2000. 5. Kasumov AY, 코닥 M., Gueron S., Reulet B., Volkov VT, Klinov DV 및 Bouchia H., "DNA에 근접 유도된 초전도", 과학, 291, 280, 2001. 6. 스톰 AJ, Noort JV, 브리스 SD 과 데커 C.는, "100 nm의 길이 규모에서 nanoelectrodes 사이의 DNA 분자에 대한 동작을 보온"물리 편지, 79, 3881-3883, 2001 응용. 7. SO 켈리와 바튼 JK, "이중 나선형의 DNA의 기지 사이의 전자 전달", 과학, 283, 375, 2002. 8. 유 K. - H., 하 DH, 리 J. - O., 공원 JW, 김 J., 김 JJ, 리 H. - Y, 카와이 T.과 최 H. - Y, "폴리 (DA) - 폴리 (DT)과 폴리 (DG)을 통해 전기 전도 - (DC)의 DNA 분자".., Phys. 레브 레트 사람, 87, 198102-05, 2001. 9. Porath D., Bezryadin A., 드 브리스 S.하고 데커 C., "DNA 분자를 통해 전기 교통 직접 측정", 자연, 403, 635-638, 2000. 10. Bharadwaj LM, 카우르 I. 쿠마, R. 및 Bajpai RP, "DNA 기반의 전자 부품의 설계 시뮬레이션" PROC. SPIE의 4937, 226-230, 2002. 11. 쿠마 S. 쿠마, R., Shukla AK와 Bharadwaj LM, "레이저 가위를 사용하여 Microelectrodes 제조" 재료 편지, 61, 3829-3832, 2007. 12. Ajore R. 쿠마, R., 카우르 I., Sobti RC 및 Bharadwaj LM, 생화학 및 biophysical 방법, 70, 779-785, 2007 년 저널 "딥 앤 드롭 방식으로 집계 연구에 의한 DNA의 고정 화학 간섭". 13. McFail - Isom L., L. Shui와 윌리엄스 L D., "이가의 양이온 기지 π 시스템과 상호 작용하여 DNA와 RNA의 주려고 형태를 안정" 생화학, 37, 17105-17111, 1998. 14. 오츠카 Y., 리 H.-Y., 구 J.-H., 리 J.-O., 유 K.-H., 다나카 H., Tabata H.하고 카와이 T., nanogap에서 DNA 합성 필름의 전기 전도성에 대한 습도의 "영향 전극 " JPN. J. Appl. Phys, 41, 891-894, 2002. 15. 루 S.-Z., 리 X.-Y. 그리고 리우 J.-F. "Koopmans '이론에 의해 전자 전송 매트릭스 요소의 평가에서 분자 궤도 분석", J.는 Phys. 화학, 108, 4125, 2004. 16. 리 X.-Y., 당나라 X.-S. 과 그는 F.-C., "전자 전달 Koopmans 정리 "의 외부 전기장 및 응용 프로그램의 효과 : 폴리 (P - phenylene) oligomers에 화학. Phys, 248, 137, 1999. 17. 윌리엄스 TT, 오돔 DT와 바튼 JK, "염기 조성과 순서로 DNA 요금 운송의 변화", JACS, 122, 9048, 2000. 18. Giese B. 및 Spitchy M., DNA를 통해 "장거리 요금 전송 : 호핑 모델 "., 화학의 부량 및 확장. Phys. 화학, 1195, 2000. 19. 사이토 I., 나카무라 T., K. Nakatani, 요시오카 Y., 야마 구치 K.와 스기야마 H.는 "한 - 전자 산화에 의한 DNA 손상에 대한 뜨거운 스포트의 매핑 : GG의 doublets 및 함정으로 GGG 세 쌍둥이의 효능 장거리 홀 마이 그 레이션 " JACS, 120, 12686-12687, 1998. |