OARS - Open Access Rewards System
DOI : 10.2240/azojono0118

Настоящие Характеристики Напряжения Тока Последовательностей λ-ДНА Внутреннеприсущего Гуанина Богатых

Штоссель Ajore, Inderpreet Kaur, R.C.Sobti и Lalit M. Bharadwaj

Pty Ltd. AZoM.com Авторского Права

Это статья Системы Вознаграждениями Открытого Доступа AZo (AZo-ВЕСЕЛ) распределенная в соответствии с AZo-ВЕСЕЛ http://www.azonano.com/oars.asp

Представлено: 17-ое августа 2007th

Вывешено: 7-ое ноября 2007th

Покрытые Темы

Конспект

Предпосылка

Материал и Методы

Результаты

Электронное Соединение

Обсуждение

Заключение

Подтверждение

Справки

Детали Контакта

В присутствующей рукописи, были сообщены измерения настоящ-напряжения тока (IV) сели на мель двойником, котор последовательностей гуанина богатых λ-ДНА. Эти последовательности показывают проводимость иждивенца длины. Было найдены, что было ДНА Проводимости (σ0) длины, L = 0,6494 x 10 (bp 1910), 1 x 10 (2947 bp) и 1,3498 x 10 cm (3970 bp) 2,4 x 10, 7,7 x 10cm2-1 и поведение изолятора, соответственно. Характеризация IV лишенного подвижности ДНА была сделана на микроэлектродах золота изготовленных удалением лазера используя Оптически Щипчик силы 0,66 mW. Оценка расстояния перехода Обязанности последовательностей внутреннеприсущего гуанина богатых показывает увеличивая частоту вмешиваясь оснований между дирижируя блоками с увеличением в длине. Исходы текущего исследования могут быть полезны для установить поведение nanowires с меняя расстоянием перехода обязанности

Биологические и физические изучения на структуре ДНА показывали значительный интерес в электронные свойства ДНА (1). Образование убытоков ДНА в результате изучений потенциала действия радиации и ионизации nitrogenous оснований ДНА отслеживало исследователей к электронике ДНА (2). Кроме обладать основаниями реквизитного π-электрона богатыми для проводимости, ДНА также обладает размерами nano-маштаба для nano-электроники (3, свойства 4).These делают ДНА перспективнейший материал для молекулярной электроники. Электрические свойства ДНА изучаются с целью производить приборы nanoscale как молекулярный провод (5, 6).

Более Раньше характеризация IV была вовлечена photoinduced изучениями перехода обязанности (7), тогда как недавние изучения центризовали на сразу электрических измерениях. Измерения электрической проводимости производили неоднозначное и экспириментально и теоретические результаты, произнося ДНА обладают широким диапазоном поведений. Исследователя изучили характеристики IV полного генома λ-бактериофага и химически синтезировали oligos до 30 bp (8, 9). Характеризация IV естественного ДНА приносит совместно низкий и высокий гуанин богатые зоны отделенные путем вмешиваясь последовательности. Последовательности с богатым содержанием гуанина имеют высокий потенциал для будущего nanowire, по мере того как гуанин имеет самый низкий потенциал оксидации среди 4 оснований образовывая последовательность ДНА (10). Никакая больше словесности не была сообщена для IV характеристик последовательностей гуанина богатых внутреннеприсущих λ-бактериофага.

Это отчет о изучения направляет измерения IV сели на мель двойником, котор последовательностей λ-ДНА внутреннеприсущего гуанина богатых. 3 зоны гуанина богатых были выбраны для этого изучения так, что электрическое поведение nanowire ДНА не будет должно быть трогнуто в результате низкого содержания гуанина. Эти внутреннеприсущие последовательности различного размера были синтезированы Цепной Реакцией Полимеразы (PCR) используя специфические thiolated праймеры.

Материал и Методы

Специфические Thiolated (5' концы) праймеры Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) и Pr3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) были решены на программе бегунка 3,05 Джина путем прокладывая курс GC% против последовательности λ-ДНА (48502 bp). Праймеры были синтезированы и были выхлопотаны от Био Основ Inc.. Шаблонизация условий амплификации для специфических праймеров (Pr1, Pr2 & Pr3) была сделана на cycler Градиента Исследования MJ (PTC-200). Различные комплекты условий были использованы, так, что максимальную амплификацию можно получить. Оптимальные полученные условия амплификации были 560C, 560C и 550C и 1,5 mM Mg-+ cm), 2947 bp (1 x 10-4 cm). PCR синтезировал последовательности гуанина богатые (SQ1 = 1910bp; SQ2 = 2947 bp; SQ3 = 3970 bp) были очищены используя набор Очищения PCR Nucleotrap. Процедура для того чтобы изготовить электрод золота с дистанционированием 0,6, μm 1,0 и 1,3 была описана в другом месте (11). В сводке, Микроэлектроды были изготовлены на вафле покрынной золотом (30 nm) стеклянной используя Оптически Щипчик Cum Система Combi Взрезывания Microlaser. Золото было аблировано путем прикладывать Уф--лазер (λ-337 nm) продолжительности ИМПа ульс 4 ns с энергией µJ 20 и средней мощностью 0,66 mW. Электроды были очищены с разрешением piranha [HSO2: HO: 3:1 (v/v)] как упомянутое более раньше (12).

Падение (0,2 μl) подготовленных образцов ДНА (SQ1, SQ2 & SQ3) было накапано из пипетки вне над физически отделенными электродами для их обездвиживания для того чтобы установить проводку взаимо--элемента. Оно было инкубирован на период 16 часов и после этого было помыт тщательно с деионизированной дистиллированной водой. Окончательно, оно был азотом высушенным и IV охарактеризовано на станции зонда настольного компьютера signatone прикрепленной с Hewlett-Packard HP4155A, Анализатором Параметра Полупроводника имея внутреннее сопротивление ≥1013 W и настоящего разрешения 10 fA. Λ-ДНА было лишено подвижности как упомянутое более раньше (12). Все химикаты и энзимы ранга молекулярной биологии были выхлопотаны от гена Q.BIO; БИО БЕЙСИК INC.; ; Сигма, и. Все разрешения были подготовлены в деионизированной (18 MΩ) дистиллированной ультра чисто воде (системе ELGA Purelab ультра). Образцы были подготовлены в деионизированной воде для того чтобы исключить роль встречного влияния иона в електропроводимостьи ДНА. Магний и другие биологические неорганические ионы не были добавлены как они unstuck основания ДНА и РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ (13).

Результаты

IV Измерения: PCR синтезировал гуанин-богатые люди (SQ1, SQ2 и SQ3) и последовательности λ-ДНА были лишены подвижности между микро- электродами. Было оценены, что был количество ДНА между электродами ng ~ 1-4 x-1 10 для λ-ДНА. Равносвойственная электрическая характеристика наблюдалась в каждом случае. Следовательно, подуманы, что находит структура ДНА в беспорядочно распределенный аморфического положения т.е. (14). Для того чтобы обеспечить что наблюдаемая проводимость была должна к ДНА и не из-за любого загрязнения, контролируемые эксперименты были выполнены. Электроды с лишенным подвижности ДНА были инкубированы на 30 минут в разрешении содержа DNase-я. Этот энзим специфически режет ДНА сели на мель двойником, котор. Характеризация IV электрода обработанного DNase не показывает не настоящее. Это обеспечивает присутсвие ДНА между электродами. В другом эксперименте по управления, электродам дали обработку microlaser вместо DNase, снова результат были такими же. Вид характеристик получил правило вне роль встречных влияний ионов. Не ожидано, что приводит к в остром падении в кондукцию если встречное влияние, то ионов (FIG. 1D). Принимать фактор может внести вклад в проводимость вдоль винтовой линии ДНА двойной должн к передвижному встречному иону фильма воды тонкого. Пока передвижные встречные ионы могут внести вклад в проводимость на комнатной температуре, засыхание азота образцов перед унося измерением проводимости и острые понижаются вниз в проводимость 0Nс увеличением правилами длины вне для своей значительно роли.

Диаграмма 1.

Диаграмма 1 сравнивает характеристики IV λ-ДНА, SQ1, SQ2 и SQ3 на -1 к +1V. Течение было измерено на нормальной и наблюдалась обратная полярность (N/R), равносвойственные характеристики. Стреловидности Напряжения Тока были выполнены и в недостатке к положительному направлению и тонкая структура так же, как общая форма данных отражены вокруг zero смещения для поднимающего вверх сравненного к вниз стреловидностям. Средний 3 измерений в каждый случай показано в Диаграмме 1 и оценка была сообщена в Таблице 1 для SQ1, SQ2 и SQ3.

Таблица 1.

Максимально (I)

Максимально (Чертенок.)

(bp 1910)

-5 A

4 Ω

(2947 bp)

-8 A

7 Ω

(3970 bp)

-10 A

9 Ω

Очень низкоточно в границах PA наблюдал для λ-ДНА (FIG. 1A). SQ1 и SQ2 pronouncedly нелинейны, с зазором диапазона до eV ~0,16 и ~0,22, за которым sizable настоящая подача происходит (Смоква 1B & C). Настоящий ряд nA 10 μA и 10 наблюдался для SQ1 и SQ2, соответственно. SQ3 показывает почти подобное поведение как в случае λ-ДНА с зазором диапазона 0,02 eV и течений в ряде PA 10 (FIG. 1D).

Электронное Соединение

Электронная энергия соединения важный ингридиент для всех моделей описывая проводимость ДНА. В Настоящее Время, было высчитано используя одноточечные вычисления нейтрального G: C (A: NG T): C на геометрии B3LYP/6-31G (d, p) используя semi эпирическую промежуточную запущенность дифференциального перекрытия (INDO) Гамильтоновскую. Расстояние (r) между низкопробным расстоянием пар т.е. между двойными membered ароматичными moieties в третьем размере было сдержано постоянн как в случае B-DNA 3,38 Å. Окончательно, электронные энергии соединения для перехода отверстия были получены от энергий ГОМО, и HOMO-1 стога низкопробных пар, полученного с INDO Гамильтоновским на геометрии оптимизированной DFT/B3LYP (15, 16). Геометрия оснований и пары основания в B-DNA были созданы используя шаблоны для нуклеиновых кислот от ЯНТАРНОГО поля усилия как снабжено в HYPERCHEM. Костяк сахар-фосфата извлекался и водопод был добавлен на стандартных длинах связи. Низкопробные пары дистанцируют и угол между плоскостями 2 низкопробных пар был сдержан 3,38 Å и 36, соответственно0.

Обсуждение

Очень низкоточно в ряде PA наблюдал для λ-ДНА. Это можно отнесло к напряжению тока низкого порога, по мере того как значительно значение течения было произведено для SQ1 и SQ2 на -1 до +1 V. Настоящ в границах из nA 10 μA и 10 было показано SQ1 и SQ2, соответственно. На очень первом моменте времени, это замечание может быть должно к наваристости гуанина последовательностей по мере того как выбранные последовательности были зон богатые люди гуанина. С другой стороны SQ3 показывало очень несходный ряд настоящего PA i.e.10. Интересно заметить что настоящий ряд умалял фактором 10 с последовательно увеличивает в длине последовательности. Была найдены, что была Проводимость (σ0) оцененная для SQ1 и SQ2 с зазором диапазона Δ=0.16 и Δ= 0,22 eV 2.4x10 и5 7.7x10cm,2-1 соответственно. Установила сравнительная проводимость на таком же зазоре диапазона между SQ1 и SQ2, проводимость были высчитаны, что на eV Δ=0.16 для SQ2. Было высчитаны, что было σ0 = 2.3x10 Ωcm. Оно не показывает никакую значительно разницу от проводимости высчитанной на зазоре диапазона Δ= 0,22 eV. Максимальный импеданс [максимальный (Imp)] предложенный ДНА делит на сегменты SQ1, SQ2 и SQ3 были фактором x10, x10 и x10 Ω9.

Для того чтобы установить частота расстояния перехода обязанности в SQ1, были сделаны последовательности SQ2 и SQ3, их анализ. Наблюдалось что дирижируя блоки (GC: CG) шагнутые inby (A: T или T: Nbases A) [G: C (A: NG T): C]. Сверх Того, также было найдено что ` n' меняет от 1 к 10 с меняя частотой в SQ1, SQ2 и SQ3. Была найдены, что была Частота n < 6 больше по сравнению с частотой n > 6. Шагнуть в тенденцию ` A' или ` T' между дирижируя ` G блоков' было увеличено последовательно с увеличением в длине. Установили роль вмешиваясь оснований в проводимости ДНА, электронные энергии соединения были высчитаны, что для различной частоты вмешиваясь оснований между дирижируя блоками (Таблицей 3). Она показывает что электронная энергия соединения увеличивает с увеличением в числе A: Пары T между дирижируя блоками. Электронное соединение уменьшает остро до n = 3 и не наблюдается дальнейшее увеличение в падение n `' острое. Это приводит к в слабом соединении для 2 смежных дирижируя блоков причиняя уменшение в проводимости. Изучение и обсуждение о переносах ионов и влиянии соединения nucleobase электронного могут быть недостаточны для того чтобы нарисовать твердые заключения о расстоянии перехода обязанности но оно служит цель которую вмешиваться основания между дирижируя блоками причиняет значительно изменению в электронной энергии соединения которая необходимый ингридиент для перехода обязанности.

Таблица 2.

[G: C (A: NG T): C]

H- (H-1) (eV)

-8,539

-8,488

0,051

2G

-8,564

-8,465

0,099

3G

-8,572

-8,455

0,117

4G

-8,575

-8,450

0,125

5G

-8,576

-8,448

0,128

6G

-8,576

-8,447

0,128

7G

-8,576

-8,444

0,132

8G

-8,576

-8,443

0,133

9G

-8,576

-8,442

0,134

10G

-4,938

-4,804

0,134

Также сообщено что увеличивая номер (A: T) n (n>4) не преграждает обязанность для того чтобы двинуть, довольно A: T действует как перенос ионов (18). Таблица 3 также показывает с увеличением в ` n' от 1-3 электронных увеличений энергии соединения остро и после того как n = 4 такая тенденция умаляет. Этот результат может более в дальнейшем быть corroborated изучениями Saito et al. (1998) которых высчитали энергию ионизацией для G: C eV 7,34, ибо TAGAT eV 6,73, ибо TTGTT 6,96 eV (19). Это ясно показывает что смежные основания повышают уменшение стабилизации следовательно в Ip для TAGAT и TTGTT.This учитывает усреднять вмешиваясь последовательностей необходимых для международной проводимости. Однако, не необходимо что разницы в каждой возможные последовательности приведут к в такой же картине проводимости.

Заключение

В присутствующем случае, была счесны, что была проводимость последовательностей внутреннеприсущего гуанина богатых λ-ДНА длиной зависимым. Inferred от оценки последовательностей и электронного вычисления энергий соединения между 2 дирижируя блоками что проводимость изученных последовательностей была доработана частотой вмешиваясь оснований. Количество вмешиваясь оснований между дирижируя блоком 2 постоянн или не фикчировано. Была найдены, что увеличила Изменчивость вмешиваясь оснований с увеличением в длине последовательности ДНА. Проводимость ДНА вполне не управлена основаниями гуанина а также укомплектована ` НА' основаниях. Усреднять вмешиваясь последовательностей необходим для перехода международной обязанности. Эти результаты могут обеспечить проницательности в электрическое поведение последовательностей гуанина богатых с меняя вмешиваясь основаниями. Может также быть полезно в дорабатывать проводимость nanowire ДНА.

Подтверждение

Эта работа была поддержана Отделом Биотехнологии (DBT) и Отделом Науки и Техники (DST). Авторы благодарный к Др. Prakash от GETECH Хайдерабад, Индии для изготовления блока микроэлектрода. Мы также благодарный к Г-ну A.K. Shukla и Др. Amit Sharma для их ценных наведения и предложений. нас авторы (Штоссель Ajore) благодарить Совета Научной и Исследований в Области Промышленности (CSIR), для обеспечивать стипендию

Справки

Bhalla V., Bajpai R.P. и Bharadwaj L.M., «электроника», EMBO сообщает, 4 ДНА, 1-4, 2003.

P.O'Neill и Fielden E.M., «Основные процессы свободного радикала в ДНА», Biol Radiat Adv, 17, 53, 1993.

Warman J.M., P. de Hass M. и A. Rupprecht, «ДНА: Молекулярный провод», Химические Физические Письма, 294, 319-322, 1996.

C. Joachim, Gimzewski J.K. и A. Aviram, «Электроника используя гибридную Природу молекулярных и одномолекулярных приборов», 408, 541-548, 2000.

Kasumov A.Y., Kodak M., Gueron S., B. Reulet, Volkov V.T., Klinov D.V. и H. Bouchia, «Близост-Навело сверхпроводимость в ДНА», Наука, 291, 280, 2001.

Бушуйте A.J., Noort J.V., C. Vries S.D. Dekker, «Изолируя поведение для молекул ДНА между nanoelectrodes на маштабе nm длины 100», Письма Прикладной Физики, 79, 3881-3883, 2001.

Kelley S.O. и Barton J.K., «Обмен электрона между основаниями в двойном спиральном ДНА», Наука, 283, 375, 2002.

K. Yoo - H., Имено. H., J. Ли - O., W.J. Парка, KimJ., J.J. Ким, H. Ли - Y., Kawai T. и H. Choi - Y., «Электрическая кондукция через поли (dA) - поли (dT) и поли (dG) - (dC) молекулы ДНА», Phys. Rev. Lett, 87, 198102-05, 2001.

D. Porath, A. Bezryadin, De Vries S. и C. Dekker, «Сразу измерение электрического перехода через молекулы ДНА», Природа, 403, 635-638, 2000.

Bharadwaj L.M., R. Kumar и Bajpai R.P., «имитация Конструкции Дна-основанных электронных блоков», Proc. SPIE, 4937, 226-230, 2002.

Kumar S., R. Kumar, Shukla A.K. и L.M. Bharadwaj, «изготовление Микроэлектродов используя лазер scissor», Письма Материалов, 61, 3829-3832, 2007.

R. Ajore, R. Kumar, Kaur I., Sobti R.C. и Bharadwaj L.M., «взаимодействие обездвиживания ДНА химическое должное к компоситам изучают погружением и падают подход», Журнал биохимических и биофизических методов, 70, 779-785, 2007.

L. McFail-Isom, L. Shui и Williams L D., «Divalent катионы стабилизируют unstuck конформацию ДНА И РИБОНУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ путем взаимодействовать с низкопробной системой π», Биохимия, 37, 17105-17111, 1998.

Otsuka Y., LeeH. - Y., Gu J. - H., Ли J. - O., Yoo K. - H., H. Tanaka, TabataH. и Kawai T., «Влияние влажности на электрической проводимости синтезированного фильма ДНА на nanogapelectrode», Jpn. J. Appl. Phys, 41, 891-894, 2002.

Lu S. - Z., LiX. - Y. и Liu J. - F., «Анализ Молекулярной Орбитали в Оценке Элемента Матрицы Обмена электрона Теорией Koopmans», J. Phys. Chem A, 108, 4125, 2004.

Li X. - Y., Тянь X. - S. и Он F. - C., «олигомеры transferin Электрона поли (p-фенилен): влияние внешнего электрического поля и применение теоремы Koopmans», Chem. Phys, 248, 137, 1999.

Williams T.T., Odom D.T. и Barton J.K., «Изменение в переходе обязанности ДНА с составом нуклеотида и последовательность», JACS, 122, 9048, 2000.

B. Giese и Spitchy M., «переход Международной обязанности через ДНА: квантификация и выдвижение модели охмеления». , Chem. Phys. Chem, 1.195, 2000.

Saito I., Nakamura T., K. Nakatani, Yoshioka Y., K. Yamaguchi и H. Sugiyama, «Отображать Горячих Точек для повреждения ДНА оксидацией одн-электрона: Эффективность дуплетов GG и троен GGG как Ловушка в длиннорейсовом переселении отверстия», JACS, 120, 12686-12687, 1998.

Штоссель Ajore, Inderpreet Kaur, Lalit M. Bharadwaj

Биомолекулярное Разделение Электроники и Нанотехнологии (ЗАГИБ)
Центральная Организация Научных Приборов (CSIO)
Sector-30C, Чандигарх Индия

Телефон: +91-172-2657811 Ext. 482, 452
+91-172-2656285

Факс: +91-172-2657267

Электронная Почта: ajore_r@rediffmail.com, lalitmbharadwaj@hotmail.com

R.C.Sobti

Отдел Биотехнологии,
Sector-14, Чандигарх Индия

Date Added: Nov 8, 2007 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 18:23

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit