Разработка способов фиксации ДНК на различных поверхностях и исследование свойств сформированных структур

• Автор: Соколов, Петр Александрович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Оглавление
Введение
ГЛАВА
1.1. Сопряжение ДНК с твердотельной электроникой
1.1.1. Подготовка поверхности кремния
1.1.2. Взаимодействие протравленной поверхности кремния с компонентами раствора
1.1.3. Поверхностные электронные состояния монокристаллов кремния
1.1.4. Исследования электронных свойств интерфейса ДНК-кремний с помощью контактов металл-полупроводник
1.2. Соединения фенантролина и их свойства
1.2.1. Противоопухолевая активность фенантролиновых соединений
1.2.2. Хемосенсоры на основе фенантролина
1.2.3. Потенциальное применение соединений фенантролина
1.2.4. Взаимодействие фенантролиновых соединений с различными поверхностями
1.3. Иммобилизация ДНК на различных поверхностях
1.3.1. Иммобилизация ДНК на подложке из кремния в присутствии ионов магния
1.3.2. Фиксация ДНК на поверхность слюды
1.3.3. Ориентация ДНК на поверхности подложки
г.3.4. Фиксация ДНК на поверхность золота
ГЛАВА
2.1. Материалы
2.2. Методика фиксации ДНК на подложки
2.3. Создание диодов Шоттки
2.4. Метод поверхностного плазмонного резонанса
2.5. Метод атомной силовой микроскопии
2.6. Исследование электрофизических свойств интерфейса ДНК-кремний
2.6.1. Обоснование методики эксперимента
2.6.2. Идеальный шоттки-контакт
2.6.3. Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки
2.6.4. Вольт-фарадная характеристика барьера Шоттки
2.7. Вискозиметрия
2.8. Программное обеспечение
ГЛАВА з
3.1. Светоуправляемая фиксация ДНК на поверхность кремния
3.2. Исследование электрофизических свойств интерфейса ДНК-кремний
3.2.1. Результаты измерений вольт-амперных характеристик (ВАХ)
3.2.2. Результаты измерений вольт-фарадных характеристики (ВФХ)
3.3. Фиксация ДНК при помощи серосодержащего производного фенантролина
3.3.1. Фиксация на золотую поверхность
3.3.2. Фиксация на поверхность слюды
3.3.3. Фиксация на поверхность кремния
3.3.4. Взаимодействие соединения фенантролина с молекулой ДНК в растворе..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Введение
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.
Уменьшение размеров электрических схем до нанометрового масштаба ставит перед исследователями задачу по поиску новых способов создания их различных элементов. В частности, для производства миниатюрных контактов некоторое время назад было предложено использовать ДНК [1, 2]. Благодаря способности этой макромолекулы к самоорганизации, стало возможным создавать наноструктуры с заранее определенной геометрией и разрешением до 6 нм, которые можно использовать как составные части электрических наносхем [3]. Исследование проводимости ДНК проводится достаточно широко [4], хотя в этом вопросе остается еще много неясного. Возможность сопряжения ДНК с твердотельной электроникой позволяет создавать различные полупроводниковые устройства, в том числе биодатчики [5-7]. Перспектива использования ДНК для нужд твердотельной электроники при создании электрических схем и биосенсоров требует более тщательного изучения вопросов фиксации макромолекулы на поверхность кремния, который является основой современных электрических микросхем. В частности, необходимо найти способы размещения ДНК в определенном месте наносхемы [8] и установить условия, при которых полимер образует различные упорядоченные структуры на поверхности полупроводника.
Одной из важных задач является изучение влияния заряженной молекулы ДНК при ее фиксации на электрические свойства приповерхностной области полупроводниковой подложки [9, ю]. Это позволит создавать воспроизводимые элементы схем, а также управлять их электрическими свойствами. Собственный заряд биополимера и захват носителей из полупроводника на поверхностные состояния, обусловленные присутствием молекулы, будут менять потенциал поверхности полупроводника, что приведёт к изменению проводимости приповерхностного слоя кристалла кремния. Это может повлечь за собой нарушение работы электронных компонентов (транзисторов и диодов), которые были включены в схему посредством ДНК. С другой сторон, с помощью изменения заряда молекулы, являющейся соединительным проводником, может быть осуществлено управление режимом работы

Последнее дает возможность исследовать потенциальные противоопухолевые препараты на уровне простых систем — водно-солевых растворов ДНК с изучаемым препаратом. Действительно, практически любые соединения, связывающиеся с данным биополимером (по азотистым основаниям), могут нарушать процессы транскрипции и трансляции ДНК в раковой клетке. В качестве примера можно привести работу [56], где была показана не только цитооксичность препарата цис хлородиметилсульфоксид-8-би(1,ю-фенантролин) рутения (II), но и определено наличие взаимодействия препарата с ДНК тимуса теленка in vitro методами спектрофотометрии, флуоресценции и гель-электрофореза. Множество статей посвящено данной тематике. В целом отмечается, что 1,10-фенантролин в составе комплексов металлов может частично интеркалировать в ДНК, при определенных условиях вызывая ее расщепление [57]. Последнее нашло применение в изучении взаимодействия белков с ДНК методом футпринтинга [58]. Метод основан на расщеплении ДНК в местах, где она не связана с белком. Что дает возможность определить участки ДНК, взаимодействующие с белком. За последние годы было синтезировано множество производных 1,ю-фенантролина для повышения выхода реакций расщепления ДНК.
Стоит остановиться работах, посвященных синтезу нуклеаз на основе 1,10-фенантролина, проявляющих специфичность к определенным последовательностям ДНК. Так, было предложено модифицировать по 5'-позиции последовательность d(TTTCCTCCTCT) 1,10-фенантролином. В эксперименте использовалась ДНК вируса, содержащая лишь один комплементарный к модифицированной фенантролином последовательности участок. В присутствии ионов меди и восстановителя при температуре 20° С эффективность расщепления составила более 70%. При более низких температурах происходило неспецифичное расщепление, связанное с образованием частично некомплементарного дуплекса.
Другой подход к разработке специфических нуклеаз был предложен в работе [59]. Используя сложные комплексы родия, авторам работы удалось добиться расщепления ДНК по определенным последовательностям. Фоторасщепительные реакции под действием облучения с длиной волны 313 нм проводились с использованием 5-меченых 76/77-мерных олигонуклеотидов. Результаты представлены на рис. 1.2.5.