Биологические и физические исследования структуры ДНК выявили значительный интерес в электронных свойств ДНК (1). Формирование повреждений ДНК в результате радиационного воздействия и потенциал ионизации исследования азотистых оснований ДНК проследил исследователей к ДНК электроники (2). Кроме того обладающих необходимыми π-электронных баз для богатых проводимости, ДНК также обладает нано-размеров для нано-электроники (3, 4). Эти свойства делают ДНК перспективный материал для молекулярной электроники. Электрические свойства ДНК изучаются с целью получения наноразмерных устройств, таких как молекулярный провод (5, 6). Ранее характеристика IV был замешан фотоиндуцированными переноса заряда исследования (7), в то время как недавние исследования были сосредоточены на прямых электрических измерений. Электрические измерения проводимости дали неоднозначные как экспериментальные и теоретические результаты, произнося ДНК обладает широким спектром поведения. Исследователи изучили IV характеристик полный геном бактериофага λ-и химически синтезированные олигонуклеотиды до 30 б.п. (8, 9). IV характеристик природной ДНК объединяет низких и высоких гуанин богатых регионов, разделенных промежуточной последовательности. Последовательности с богатым содержанием гуанин имеет высокий потенциал для будущего нанопроволоки, а гуанин оказывает низкий окислительный потенциал среди четырех оснований, составляющих ДНК, последовательность (10). Нет больше литературы, как сообщается на ВАХ гуанина богатой внутренней последовательности λ-бактериофага. Это исследование отчет о прямых измерений IV из двухцепочечной внутренней гуанин богатых λ-последовательности ДНК. Три гуанин богатые регионы были выбраны для этого исследования, так что электрическое поведение ДНК нанопроволоки не должны быть затронуты в результате низкого содержания гуанина. Эти внутренние последовательности разных размеров были синтезированы методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием конкретных тиолированного праймеров. Материал и методы Конкретные тиолированного (5 'концах) праймеров Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Рг2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) и Рг3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) было принято решение о Гена бегун 3,05 программы, откладывая GC % по сравнению с λ-ДНК последовательности (48 502 пар оснований). Праймеры были синтезированы и закупаться у Био Основы Inc, Канада . Стандартизация условий для усиления специфических праймеров (PR1, PR2 и Pr3) были сделаны на MJ Research Градиент циклер (PTC-200). Различные наборы условий были использованы, так что максимальное усиление может быть получено. Оптимальные условия усиления полученных 560C, 560C и 550C и 1,5 мМ Mg - иона концентрированным. λ-ДНК был использован в качестве шаблона для того, чтобы усилить фрагмента 1910 п.о. (0,6494 х 10 -4 см), 2947 б.п. (1 х 10 -4 см) и 3970 п.о. (1,3498 х 10 -4 см). ПЦР синтезированных гуанин богатых последовательностей (SQ1 = 1910 б.п.; SQ2 = 2947 б.п.; SQ3 = 3970 пар оснований) очищали использованием Nucleotrap ПЦР Очистка комплект. Процедуры для изготовления золотого электрода с шагом 0,6, 1,0 и 1,3 мкм были описаны в другом месте (11). Короче говоря, микроэлектродов были изготовлены на золото с покрытием (30 нм) стеклянные пластины с помощью программы оптического Пинцет Cum микролазера Dissection Combi System. Золото абляции с применением УФ-лазер (λ-337 нм) длительностью импульса 4 нс с энергией 20 мкдж и средней мощностью 0,66 МВт. Электроды были очищены с пираньи решение [H 2 SO 4: H 2 O 2: 3:1 (объем / объем)], как уже упоминалось ранее (12). Падение (0,2 мкл) подготовлены образцы ДНК (SQ1, SQ2 и SQ3) пипеткой над физически разделенных электродов для их иммобилизации с тем чтобы установить межэлементных проводки. Было инкубировали в течение 16 часов, а затем тщательно промывают деионизированной дистиллированной водой. В конце концов, это был азот высушивают и IV характеризуются на станции зонд рабочий стол, signatone крепится с Hewlett-Packard HP4155A, Semiconductor параметров анализатора, имеющие внутреннее сопротивление ≥ 1013 Вт и ток разрешением 10 FA. λ-ДНК иммобилизованных как уже упоминалось ранее (12). Все химические вещества и ферменты, молекулярной биологии класса были закуплены из Q. BIO гена; БИО ОСНОВНЫЕ INC, Канада ; USBIOLOGICAL , США ; Sigma Aldrich , США и PIERCE , США . Все решения были подготовлены в деионизированной (18 МОм) дистиллированной ультра чистой воды (ELGA Purelab ультра системы). Образцы были приготовлены в деионизированной воде, чтобы исключить роль счетчика эффект ионной проводимости в ДНК. Магний и другие биологические неорганические ионы не были добавлены, поскольку они расклеиваются оснований ДНК и РНК (13). Результаты IV Размеры: ПЦР синтезированных гуанин-богатых (SQ1, SQ2 и SQ3) и λ-последовательности ДНК, не могли двигаться между микро-электродов. Количество ДНК между электродами, по оценкам, составляет ~ 1-4 х 10 -1 нг для SQ1, SQ2 и SQ3 и ~ 4,0 х 10 -2 нг для λ-ДНК. Изотропные электрических характеристик наблюдается в каждом конкретном случае. Таким образом, структура ДНК, как полагают, находится в аморфном состоянии, т.е. случайным образом распределены (14). Чтобы убедиться, что проводимость наблюдалась в связи с ДНК и не из-за загрязнения, контролируемые эксперименты проводились. Электроды с иммобилизованными ДНК инкубировали в течение 30 минут в раствор, содержащий ДНКазы-I. Этот фермент в частности сокращение двухцепочечной ДНК. IV характеристика ДНКазы лечение электрод не показывает тока. Это гарантирует наличие ДНК между электродами. В другом контрольном эксперименте, электроды были даны микролазера лечения вместо ДНКазы, опять же результат был таким же. Вид характеристики, полученные исключить роль счетчика эффекты ионов. Это не ожидается, приведет к резкому падению проводимости, если есть счетчик эффект ионов (рис. 1D). Наиболее приемлемым фактор может способствовать проводимости вдоль двойной спирали ДНК происходит из-за мобильного счетчик ионов воды тонкой пленкой. Хотя мобильные счетчик ионов может способствовать проводимостью при комнатной температуре, азота сушка образцов перед проведением измерений проводимости и резкое падение вниз в проводимости с увеличением длины исключает для его существенной роли.     Рисунок 1. ВАХ собственной последовательности λ-ДНК. -Λ-ДНК, B-SQ1, C-SQ2 и D-SQ3. Рисунок 1 сравнивает IV характеристиками λ-ДНК, SQ1, SQ2 и SQ3 на -1 до +1 В. Текущий измерялась при нормальной и обратной полярности (N / R), изотропным характеристики не наблюдалось. Напряжение зачистки проводились как в отрицательных к положительным направлением и тонкой структуры, а также общей формы данных отражается около нулевом смещении на срок по сравнению с вниз метет. Средний из трех измерений для каждого случая показана на рисунке 1, и оценки были представлены в таблице 1 для SQ1, SQ2 и SQ3. Таблица 1. IV условия измерений и результатов для SQ1, SQ2 и SQ3. | SQ1
(1910 б.п.) | -1 До +1 | 0,6 мкм | N / R | ~ 0,16 эВ | 6,20 х 10 -5 | 1,61 х 10 4 Ω | SQ2
(2947 б.п.) | -1 До +1 | 1,0 мкм | N / R | ~ 0,22 эВ | 3,23 х 10 -8 | 3.09x 10 7 Ω | SQ3
(3970 б.п.) | -1 До +1 | 1,3 мкм | N / R | ~ 0,02 эВ | 1,37 х 10 -10 | 7,29 х 10 9 Ω |
Очень низкий ток в диапазоне мкА наблюдалось λ-ДНК (рис. 1А). SQ1 и SQ2 являются явно нелинейный характер, и ширина запрещенной зоны до ~ 0,16 и ~ 0,22 эВ, за которой значительная тока происходит (рис. 1B & C). Текущий диапазон от 10 мкА и 10 нА наблюдалась SQ1 и SQ2, соответственно. SQ3 показывает почти аналогичное поведение, как в случае λ-ДНК с шириной запрещенной зоны 0,02 эВ и током в диапазоне 10 мкА (рис. 1D). Электронная муфта Электронная энергия связи является важным компонентом для всех моделей, описывающих ДНК проводимости. В настоящее время она была рассчитана с использованием одного расчета точки нейтральной G: C (: T) Н. Г.: С на B3LYP/6-31G (г, р) геометрии с помощью полуэмпирических промежуточных пренебрежение дифференциальным перекрытием (INDO) гамильтониана. Расстояние (г) между парами оснований т.е. расстояние между двойными шестичленных ароматических фрагментов в третьем измерении оставалось постоянным, как в случае B-ДНК 3,38 Å. В конце концов, электронная связь энергии для переноса дырки были получены от энергии HOMO и HOMO-1 в стек пар оснований, полученных с INDO гамильтониана DFT/B3LYP оптимизирована геометрия (15, 16). Геометрии баз и пар оснований в B-ДНК были созданы с использованием шаблонов для нуклеиновых кислот из силового поля AMBER как это реализовано в HyperChem. Сахаро-фосфатных позвоночник был удален и водород был добавлен в стандартных длин связей. База расстоянии пары и угол между плоскостями двух пар оснований держали 3,38 Å и 36 0, соответственно. Обсуждение Очень низкий ток в диапазоне мкА наблюдалось λ-ДНК. Это может быть связано с низким пороговым напряжением, так как значительная величина тока была понесенных SQ1 и SQ2 на -1 до +1 В. Ток в диапазоне от 10 мкА и 10 нА показал SQ1 и SQ2, соответственно. При очень первый момент, это наблюдение может быть связано с гуанин богатство последовательности, последовательности были выбраны гуанина богатых регионов. С другой стороны SQ3 показал очень разнородных круг текущих ie10 пА. Это текущий диапазон находится очень близко к текущей диапазоне наблюдается λ-ДНК (Fig.1D). Несмотря на то, ширина запрещенной зоны была меньше SQ3 по сравнению с SQ1 и SQ2 (табл.1), значительная тока не наблюдается. Процент гуанин в трех внутренней последовательности λ-ДНК составляет ~ 58%, а в λ-ДНК составляет ~ 49%. GC процент рассчитывался по отношению к перспективе длина последовательности ДНК используется. Ранее было высказано предположение (17), вставки GC шаг в противном случае: T мост фактически уменьшает эффективность переноса заряда, которая убедительно доказывает, что строгие гуанин прыжковой не могу описать дальнего ДНК-опосредованного переноса заряда. Таким образом, длина последовательности и промежуточных баз между проводящими единиц установления проводимости вместо гуанина. Тем не менее, необходимо роли гуанин баз не может быть опущен. Интересно отметить, что текущий диапазон уменьшился на 10 раз подряд 3 с увеличением длины последовательности. Проводимость (σ0) оценили для SQ1 и SQ2 с шириной запрещенной зоны Δ = 0,16 и Δ = 0,22 эВ оказался 2.4x10 5 и 7.7x10 2 Ω -1 · см -1, соответственно. Для выяснения сравнительной проводимости в то же щели между SQ1 и SQ2, проводимость была рассчитана на Δ = 0,16 эВ для SQ2. Было рассчитано, чтобы σ0 = 2.3x10 2 Ω -1 · см -1. Она не показывает существенное отличие от проводимости рассчитывается на ширину запрещенной зоны Δ = 0,22 эВ. Максимальное сопротивление [макс (Im)], предлагаемые участки ДНК SQ1, SQ2 и SQ3 были фактором x10 4, 7 x10 и x10 9, соответственно. Проводимость не было оценено по SQ3, как это показано диэлектрического поведения и высоким сопротивлением 10 9 Ω. | 0,128 |