Biologiska och fysiska studier på DNA-strukturen har visat stort intresse i de elektroniska egenskaperna hos DNA (1). Bildning av DNA-skador som en följd av strålning effekt och jonisering potentiella studier av kvävebaser i DNA har spårats researchers mot DNA-elektronik (2). Förutom besitter erforderliga π-elektron rika baser för konduktivitet, besitter DNA även nanonivå dimensioner för nanoelektronik (3, 4). Dessa egenskaper gör DNA-ett lovande material för molekylär elektronik. Elektriska egenskaper av DNA studeras med syfte att producera nanoskala enheter såsom molekylär tråd (5, 6). Tidigare IV karakterisering var inblandad i photoinduced studier laddning överföring (7), medan senare studier har inriktats på direkta elektriska mätningar. Den elektriska ledningsförmåga mätningar har gett tvetydiga både experimentella och teoretiska resultaten, äger uttalar DNA ett brett spektrum av beteenden. Forskarna studerade IV egenskaper fullständiga arvsmassa λ-bakteriofag och kemiskt syntetiserade oligos upp till 30 räntepunkter (8, 9). IV karakterisering av naturliga DNA samlar låga och höga guanin rika regioner som är åtskilda genom att ingripa sekvenser. Sekvenser med rikt guanin Innehållet har stor potential för framtida nanotrådar, liksom guanin är att ha lägsta oxidationspotential mellan fyra baser som utgör DNA-sekvens (10). Inga fler litteraturen har rapporterats för IV egenskaper guanin rika inneboende sekvenser av λ-bakteriofag. Denna studie om direkta IV mätningar av dubbelsträngad inneboende guanin rika λ-DNA-sekvenser. Tre guanin rika regioner valdes ut för denna studie så att elektriska beteende av DNA nanotrådar bör inte påverkas som en följd av låga guanin innehåll. Dessa inneboende sekvenser av olika storlek har syntetiseras av Polymerase Chain Reaction (PCR) med särskilda thiolated primers. Material och metoder Särskilda Thiolated (5 'slutar) primers Pr1 (1F-ATGCTTGAACCCGCCTATGC, 1R-TCACTTCATGCTTCGGCTTGAC), Pr2 (2F-TGGGATATTACGTCAGCGAGGAC, 2R-CACTTCATGCTTCGGCTTGAC) och PR3 (3F-TGACTGCTGCTGCATTGACG, 3R-GCCATGATTACGCCAGTTGTAC) har beslutat om Gene löpare 3,05 programmet genom att rita GC % jämfört med λ-DNA-sekvens (48.502 bp). Grundfärger var syntetiseras och upphandlas från Bio Basics Inc., Kanada . Standardisering av förstärkning villkor för specifika primers (Pr1, Pr2 & PR3) gjordes på MJ Research Gradient apparat (PTC-200). Olika typer av villkor har använts, så att maximal förstärkning kan erhållas. Optimala förstärkning erhållas villkor 560C, 560C och 550C och 1,5 mm Mg - + jon koncentrerad. λ-DNA har använts som mall för att förstärka fragment av 1910 BP (0,6494 x 10 -4 cm), 2947 BP (1 x 10 -4 cm) och 3970 BP (1,3498 x 10 -4 cm). PCR-syntetiserade guanin rika sekvenser (SQ1 = 1910 BP, SQ2 = 2947 bp; SQ3 = 3970 bp) var renas med hjälp av Nucleotrap PCR Purification kit. En procedur för att tillverka guld elektrod med avstånd 0,6, hade 1,0 och 1,3 ìm har beskrivits på andra ställen (11). I korthet var microelectrodes fabricerade på guld belagd (30 nm) glas oblat med optisk Pincett Cum Microlaser Dissection Combi System. Guld var borttagen med hjälp av UV-laser (λ-337 nm) på 4 ns pulslängd med energi på 20 μJ och genomsnittlig effekt på 0,66 mW. Elektroder rengöras med piraya-lösning [H 2 SO 4 H 2 O 2: 03:01 (v / v)] Som tidigare nämnts (12). En droppe (0,2 l) av färdiga DNA-prover (SQ1, SQ2 & SQ3) var pipetteras ut över fysiskt åtskilda elektroder för deras fixering för att skapa inter-elementet ledningar. Det var inkuberas under en period av 16 timmar och sedan tvättas noggrant med avjoniserat destillerat vatten. Så småningom var det kväve torkat och IV karakteriseras på skrivbordet sond station genom signatone fäst med Hewlett-Packard HP4155A, Semiconductor Parameter Analyzer som har ett inre motstånd på ≥ 1013 W och aktuella resolution av den 10 FA. λ-DNA var orörlig som tidigare nämnts (12). Alla kemikalier och enzymer av molekylärbiologisk kvalitet var upphandlas från Q. BIO-genen, BIO BASIC INC, Kanada ; USBIOLOGICAL , USA ; Sigma Aldrich , USA och GENOMBRYTA , USA . Alla lösningar har utarbetats i avjoniserat (18 Mohm) destillerat ultrarent vatten (ELGA Purelab ultra-systemet). Prover har upprättats i avjoniserat vatten att utesluta roll motverka ion effekt i DNA-konduktans. Magnesium och andra biologiska oorganiska joner har inte lagt till eftersom de misslyckades baser av DNA och RNA (13). Resultat IV Mått: PCR syntetiseras guanin-rika (SQ1, SQ2 och SQ3) och λ-DNA-sekvenser var fixerad mellan mikro elektroderna. Mängden DNA mellan elektroderna uppskattades vara ~ 1-4 x 10 -1 ng för SQ1, SQ2 och SQ3 och ~ 4,0 x 10 -2 ng för λ-DNA. Isotropiska elektriska karaktäristiska observerades i varje enskilt fall. Därför är strukturen av DNA tros vara i amorft tillstånd, dvs slumpmässigt fördelade (14). För att säkerställa att konduktiviteten observerade berodde på DNA och inte på grund av kontaminering, var kontrollerade experiment utförts. Elektroder med immobiliserade DNA inkuberades i 30 minuter i en lösning innehållande DNas-I. Detta enzym skär specifikt dubbelsträngat DNA. IV karakterisering av DNas behandlas elektrod visar ingen aktuell. Detta säkerställer förekomst av DNA mellan elektroderna. I en annan kontroll experiment fick elektroder gett microlaser behandling i stället för DNase, återigen resultatet var detsamma. Den typ av egenskaper som erhålls utesluta roll motjoner effekter. Det är inte förväntas leda till kraftigt minskad ledning om det finns en motjoner effekt (bild 1D). Den mest accepterade faktor kan bidra till ledningsförmågan längs DNA spiralen beror på mobil motverka ion vatten tunn film. Medan mobil motjoner kan bidra till att ledningsförmåga vid rumstemperatur, kväve torkning av prover innan de genomför ledningsförmåga mätningen och den kraftiga nedgången i ledningsförmåga med ökande längd utesluter för sin betydande roll.     Figur 1. IV egenskaper inneboende sekvenser av λ-DNA. A-λ-DNA, B-SQ1, C-SQ2 och D-SQ3. Figur 1 jämförs IV egenskaper λ-DNA, SQ1, SQ2 och SQ3 på -1 till +1 V. Aktuell mättes vid normal och omvänd polaritet (N / R), var isotropa egenskaper observerats. Spänning sveper utfördes både i negativ till positiv riktning och den fina struktur samt den övergripande formen av data speglas runt noll fördomar för upp jämfört med ner svep. Genomsnitt av tre mätningar för varje ärende visas i figur 1 och utvärderingen har redovisats i tabell 1 för SQ1, SQ2 och SQ3. Tabell 1. IV mätning villkor och utfall för SQ1, SQ2 och SQ3. | SQ1
(1910 BP) | -1 Till +1 | 0,6 ìm | N / R | ~ 0,16 eV | 6,20 x 10 -5 A | 1,61 x 10 4 Ω | SQ2
(2947 BP) | -1 Till +1 | 1,0 ìm | N / R | ~ 0,22 eV | 3,23 x 10 -8 En | 3.09x 10 7 Ω | SQ3
(3970 BP) | -1 Till +1 | 1,3 ìm | N / R | ~ 0,02 eV | 1,37 x 10 -10 A | 7,29 x 10 9 Ω |
Mycket låg ström i intervallet pA observerades för λ-DNA (Fig. 1A). SQ1 och SQ2 är uttalat icke-linjär, med ett bandgap upp till ca 0,16 och ~ 0,22 eV, bortom vilken betydande ström uppstår (Fig. 1B & C). Aktuellt intervall på 10 μA och 10 nA observerades för SQ1 och SQ2, respektive. SQ3 visar nästan samma beteende som vid λ-DNA med ett bandgap på 0,02 eV och ström i 10 pA sortiment (Fig. 1D). Elektronisk Koppling Elektronisk koppling energi är en viktig ingrediens för alla de modeller som beskriver DNA ledningsförmåga. För närvarande, beräknades med enpunkts beräkningar av neutrala G: C (A: T) ng: C på B3LYP/6-31G (d, p) geometri med hjälp av semi empiriska mellanliggande försummelse av differential överlappning (INDO) Hamiltonian. Avståndet (r) mellan baspar, dvs avståndet mellan två membered aromatiska beståndsdelarna i tredje dimensionen hålls konstant som i fallet med B-DNA är 3,38 Å.. Så småningom blev elektronisk koppling energier för hål överföring från energierna av HomO och HomO-1 i bunten med baspar, erhålls med INDO Hamiltonian på DFT/B3LYP optimerad geometri (15, 16). Geometrier av baser och par bas i B-DNA skapades med hjälp av mallar för nukleinsyror från AMBER kraftfältet som genomförts i HYPERCHEM. Sockret-fosfat ryggraden togs bort och väte inkom till standard band längder. Baspar avstånd och vinkeln mellan plan av två baspar hölls 3,38 Å och 36 0, respektive. Diskussion Mycket låg ström i pA intervallet observerades för λ-DNA. Detta kan bero på låg tröskel spänning, som det stora värdet av nuvarande uppkommit för SQ1 och SQ2 på -1 till +1 V. Ström i storleksordningen 10 μA och 10 nA visades av SQ1 och SQ2, respektive. Vid allra första ögonblick, kan denna observation bero på guanin rikedomen i de sekvenser som de valda sekvenser var av guanin rika regioner. Å andra sidan SQ3 har visat mycket olika utbud av aktuella ie10 PA. Det nuvarande utbudet är mycket nära nuvarande sortiment observerats för λ-DNA (Fig.1D). Även om var bandgap mindre för SQ3 jämfört med SQ1 och SQ2 (tabell 1) var betydande nuvarande inte observerats. Andel guanin i tre inneboende sekvenser av λ-DNA är ~ 58% och i λ-DNA är ~ 49%. GC andel beräknades med avseende på perspektiv längd av DNA som används sekvenser. Tidigare föreslogs det (17) att införandet av ett GC-steg in i något annat S: T bro faktiskt minskar effektiviteten kostnad transporter, vilket ger tydliga bevis på att strikta guanin hoppande kan inte beskriva med lång räckvidd DNA-medierad laddningstransport. Det är alltså sekvensen längd och ingripa baser mellan ledande enheter fastställa ledningsförmåga än guanin. Däremot kan kravet roll guanin baserna inte utelämnas. Det är intressant att notera att nuvarande utbud har minskat med en faktor 10 3 med varandra ökar i sekvens längd. Konduktivitet (σ0) utvärderas SQ1 och SQ2 med bandgap på Δ = 0,16 och Δ = 0,22 eV befanns vara 2.4x10 5 och 7.7x10 2 Ω -1 cm -1, respektive. För att utröna den jämförande ledningsförmåga vid samma band mellan SQ1 och SQ2 var ledningsförmåga beräknats till Δ = 0,16 eV SQ2. Det beräknades till σ0 = 2.3x10 2 Ω -1 cm -1. Det visar inte någon signifikant skillnad från ledningsförmåga beräknats till bandgap på Δ = 0,22 eV. Den maximala impedansen [max (IMP)] erbjuds av DNA-segment SQ1, SQ2 och SQ3 var en faktor x10 4, x10 7 och x10 9, respektive. Konduktivitet har inte utvärderats SQ3 eftersom det har visat isolerande beteende och högt motstånd 10 9 Ω. För att fastställa frekvensen av avgiften överföring avstånd i SQ1, SQ2 och SQ3 sekvenser var sin analys klar. Det konstaterades att genomföra enheter (GC: CG) är ingrep av (A: T eller T: a) n baser [G: C (A: T) ng: C]. Dessutom var det också att "n" varierar från 1 till 10 med varierande frekvens i SQ1, SQ2 och SQ3. Frekvens av n <6 befanns vara mer jämfört med frekvensen n> 6. Stepping i tendens till "A" eller "T" mellan ledande enheter "G" ökade i följd med ökad längd. För att utröna vilken roll ingripa baser i DNA-ledningsförmåga, var elektronisk koppling energier beräknas för olika frekvenser att ingripa baser mellan ledande enheter (tabell 3). Det visar att elektronisk koppling energi ökar med ökat antal A: T par mellan ledande enheter. Elektronisk koppling minskar kraftigt upp till n = 3 och ytterligare ökning av "n" kraftig nedgång är inte observerats. Detta resulterar i en svag koppling för två intilliggande bedriva enheter orsakar minskad ledningsförmåga. I studien och diskussion om laddningsbärare och effekten av nucleobase elektronisk koppling kan vara otillräckligt för att dra säkra slutsatser om avgiften överföringen avståndet, men det tjänar syftet att ingripa baser mellan ledande enheter orsakar betydande förändringar i elektronisk koppling energi som är en nödvändig ingrediens för laddning överföring. Tabell 2. Koppling energier beräknas för att genomföra enheter (G) med mellanliggande baser (A). | GAG | -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 |
Det rapporteras också att allt fler (A: T) n (n> 4) inte blockerar laddning att röra sig, snarare en: T fungerar som en avgift bärare (18). Tabell 3 visar också med ökad "n" 1 till 3 elektroniska koppling energi ökar kraftigt och efter n = 4 sådan trend minskar. Detta resultat kan ytterligare bekräftas av studier av Saito et al. (1998) som beräknas jonisation energi för G: C är 7,34 eV, för TAGAT är 6,73 eV, för TTGTT är 6,96 eV (19). Detta visar tydligt att intilliggande baser främja stabilisering därmed minskad IP för TAGAT och TTGTT. Detta står i genomsnitt att ingripa sekvenser som krävs för långväga ledningsförmåga. Det är dock inte nödvändigt att varje möjlig sekvens skillnader kommer att resultera i samma mönster av konduktivitet. Slutsats I det aktuella fallet var ledningsförmåga inneboende guanin rika sekvenser av λ-DNA visade sig vara längd beroende. Det framgår av sekvenser utvärdering och elektroniska energier koppling beräkning mellan två ledande enheter som ledningsförmåga studerade sekvenser ändrades efter frekvens att ingripa baser. Antal ingripa baser mellan två ledande enheten inte är konstant eller fast. Variabilitet att ingripa baser befanns vara ökar med ökade DNA-sekvens längd. DNA ledningsförmåga är inte helt styrs av guanin baser men även kompletteras med "AT" baser. Genomsnitt att ingripa sekvenser är nödvändig för långväga laddning överföring. Dessa resultat kan ge insikter i elektriska beteende av guanin rika sekvenser med varierande ingripa baser. Det kan också vara till hjälp för att ändra ledningsförmåga av DNA nanotrådar. Bekräftelse Detta arbete stöddes av Department of Biotechnology (DBT) och Institutionen för teknik och naturvetenskap (DST). Författarna är tacksamma att Dr Prakash från GETECH Hyderabad, Indien för mikroelektrod rad tillverkning. Vi är också tacksamma till Mr AK Shukla och Dr Amit Sharma för deras värdefulla råd och förslag. En av oss författare (RAM Ajore) tack rådets vetenskaplig och industriell forskning (CSIR) Delhi för att ge gemenskap
Date Added: Nov 8, 2007
Last Update: 10. October 2011 12:04
|