Адсорбция однонитевой и двунитевой ДНК на одностенных углеродных нанотрубках

Abstract

Получены устойчивые водные суспензии одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) в окружении однонитевой или двунитевой ДНК (он-ДНК, днДНК). Эти суспензии были исследованы методами УФ-спектроскопии поглощения и люминесценции в ближнем ИК-диапазоне. Небольшие сдвиги (до 50 см−1 ) спектральных полос в спектре люминесценции полупроводниковых ОУНТ при замене окружения с он-ДНК на дн-ДНК указывают на слабое влияние структурной организации полимера на электронную структуру нанотрубок. Уменьшение гиперхромного эффекта при нагреве суспензии он НК:ОУНТ до 90°С в сравнении с несвязанной он-ДНК указывает на π-стэкинг взаимодействия азотистых оснований с поверхностью нанотрубки. Как следует из кривых плавления дн-ДНК:ОУНТ и свободной дн-ДНК, адсорбция двунитевого полимера на поверхность нанотрубки приводит к его термической стабилизации (на 2—5°С). Нагрев суспензий до 90°С и последующее охлаждение не приводит к реадсорбции полимеров с поверхности нанотрубок, что указывает на стабильность образованных гибридов. Предложена модель образования наногибрида, в которой фрагмент ДНК, состоящий из двунитевого участка и расплетенных однонитевых концов, вначале адсорбируется на нанотрубке за счет гибких концевых участков полимера, основания которого связываются с ОУНТ через πстэкинг, а затем адсорбируется и двунитевой участок.

Одержано стійкі водні суспензії одностінних вуглецевих нанорурок (ОВНР) в оточенні однониткової або двониткової ДНК (он-ДНК, дн-ДНК). Ці суспензії були досліджені методами УФ-спектроскопії вбирання й люмінесценції в близькому ІЧ-діяпазоні. Невеликі зсуви (до 50 см−1 ) спект- ральних смуг у спектрі люмінесценції напівпровідникових ОВНР при заміні оточення з он-ДНК на дн-ДНК указують на слабкий вплив структурної організації полімеру на електронну структуру нанорурок. Зменшення гіперхромного ефекту при нагріванні суспензії он-ДНК:ОВНР до 90°С у порівнянні з незв’язаною он-ДНК указує на π-стекінг взаємодії азотистихоснов з поверхнею нанорурки. Як випливає з кривих топлення днДНК:ОВНР і вільної дн-ДНК, адсорбція двониткового полімеру на поверхню нанорурки призводить до його термічної стабілізації (на 2—5°С). Нагрівання суспензій до 90°С і наступне охолодження не призводить до реадсорбції полімерів з поверхні нанорурок, що вказує на стабільність утворених гібридів. Запропоновано модель утворення наногібрида, у якому фраґмент дн-ДНК, що складається з двониткової ділянки й розплетених однониткових кінців, спочатку адсорбується на нанорурці за рахунок гнучких кінцевих ділянок полімеру, основи якого зв’язуються з ОВНР через π-стекінг, а потім адсорбується й двониткова ділянка.

Stable water suspensions of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) surrounded with single- or double-stranded DNA (ss- or ds-DNA) are obtained. The suspensions are investigated by absorption UV spectroscopy and luminescence in the near IR range. Small (up to 50 cm−1 ) shifts of spectral bands in the luminescence spectrum of semiconducting SWNTs after the substitution of ssDNA with ds-DNA are evidences of a weak influence of the polymer structural organization on the electronic structure of nanotubes. The decrease of the hyperchromic effect under the ss-DNA:SWNT suspension heating up to 90°C (in comparison with the unbound ss-DNA) points to π-stacking interactions of nitrogen bases with the nanotube surface. As seen from melting curves of dsDNA:SWNT and free ds-DNA, adsorption of the double-stranded polymer to the nanotube surface results in DNA thermal stabilization (by 2—5°C). The suspension heating up to 90°C and the following cooling do not induce readsorption of polymers from the nanotube surface, evidencing the stability of the hybrids formed. A model is proposed for the formation of a nanohybrid, in which the ds-DNA fragment consisting of the double-stranded part and untwisted single-stranded ends is adsorbed first to the nanotube via flexible end sections of the polymer, the bases of which bound to SWNT through π-stacking, and then the double-stranded part is adsorbed too.