Polivalent DNK oltin nanopartikullari - Polyvalent DNA gold nanoparticles

Polivalent DNK oltin nanopartikullari, endi odatda ko'proq deb nomlanadi sferik nuklein kislotalar,[1] (1-rasm) kolloid oltin qisqa (odatda ~ 30-mer yoki undan kam), yuqori yo'naltirilgan, sintetik bilan zich modifikatsiyalangan zarralar DNK iplar. Ular tomonidan ixtiro qilingan Chad Mirkin va boshq. da Shimoli-g'arbiy universiteti 1996 yilda.[2] Pol Alivisatos va boshq. da Berkli Kaliforniya universiteti o'sha yili tegishli monovalent tuzilmani joriy qildi.[3] Oltin bilan kuchli o'zaro ta'sir tufayli tiollar (-SH), birinchi ko'p valentli DNK oltin nanopartikullari tiol modifikatsiyalangan DNKning zich bir qatlami bilan oltin nanopartikullarni yopish orqali olingan. DNKning fosfat omurgalarining zich qadoqlanishi va manfiy zaryadi uni eritmaga yo'naltiradi (masalan, «koosh to'pi ") Zarralar kattaligi va egrilik radiusi, shu jumladan omillarga bog'liq bo'lgan oyoq izi bilan.[4]

Shakl 1. Polivalentli DNK oltin nanozarralari sxemasi.

Xususiyatlari va ilovalari

DNK qobig'ining uch o'lchovli tuzilishi ushbu konjugatlarga yangi kimyoviy, fizikaviy va biologik xususiyatlarni beradi, ular eritmadagi chiziqli DNKning bir xil ketma-ketliklari bilan bog'liq emas. Masalan, SNA-oltin nanozarrasi konjugatlar[ajratish kerak ] hujayralardagi o'zlashtirilishini ularning chiziqli o'xshashlariga nisbatan ko'payganligi ko'rsatilgan.[5] Bundan tashqari, a ga gibridlanganda nuklein kislota O'z ichiga olgan "muxbir" ipi florofor prob, ushbu polivalentli nanopartikullar o'ziga xosligini aniqlash uchun hujayra ichidagi probalar sifatida ishlatilishi mumkin mRNA bitta tirik hujayralar ichida ketma-ketliklar.[6]

Polivalentli DNKning oltin nanopartikullari sohada ham katta yutuqlarga erishdi materialshunoslik va muhandislik. Bir polivalentli DNK oltin nanozarralari bir-birini to'ldiruvchi DNK sekanslari bilan funktsionalizatsiya qilingan boshqasi bilan birlashganda, zarralar DNKning gibridlanish ta'sirlari orqali yig'iladi. Ushbu nanopartikullardan keng assortimentni tayyorlash uchun foydalanish mumkin kolloid kristallar sub- bilannanometr darajadagi aniqlik (2-rasm).[7] Ko'p valentli DNK oltin nanopartikullari, shuningdek, zarrachani "atom", DNKni esa "bog'lanish" sifatida ko'rib, yuqori darajadagi materiallarni yaratish uchun yangi kimyo sohasi uchun asos yaratadi.[8]

Shakl 2. SNA-nanopartikulyar konjugatlar asosida sintez qilinishi mumkin bo'lgan nanopartikulyar superlattsitlarga misollar. DNK qobig'ining xususiyatlarini o'zgartirish orqali turli xil tuzilmalarga qisman kirish mumkin. Tuzilmalar (chapda) kichik burchakli rentgen nurlari (o'rta) va elektron mikroskopi (o'ngda) yordamida tekshiriladi.

Kelib chiqadigan kooperativ ta'sir tufayli ko'p valentlik (kimyo), ko'p valentli SNA-nanopartikul konjugati, eritmadagi DNKning bir xil ketma-ketligiga qaraganda, to'ldiruvchi erkin chiziqli zanjir bilan qattiqroq bog'lanadi.[9] Ushbu topilma ushbu nanozarralar sinfi asosida turli xil aniqlash metodologiyalarini ishlab chiqishga yo'l ochdi.[10][11]

Sintez va funktsionalizatsiya

Oltin nanopartikullarni turli xil usullar bilan sotib olish yoki sintez qilish mumkin.[12] Oltin nanopartikullarni bitta zanjirli DNK bilan funktsionalizatsiya qilish uchun bir necha strategiyalar mavjud; eng ko'p ishlatiladigan strategiyalardan biri tiol bilan yakunlangan DNKni oltin nanozarralar eritmasiga kiritishni va NaCl singari tuz konsentratsiyasini bosqichma-bosqich oshirishni o'z ichiga oladi. NaCl qo'shilishi zaryadlangan DNK zanjirlari (manfiy) orasidagi itarish kuchlarini kamaytiradi, shunda ular nanozarrachalar yuzalarida zich joylashadi. Polivalentli DNK oltin nanopartikullarini tayyorlashning odatiy tartibi quyida qisqacha bayon etilgan:[13]

  1. 0,1 M qo'shib, dithiol qismlarini kamaytiring dithiotreytol (DTT) 0,18 M fosfat tamponida (PB) (pH = 8) liyofillangan tiolatlangan DNKga va eritmani kamida 1 soat ushlab turing.
  2. NAP-5 ustuni yordamida DNKni tozalang.
  3. Tozalangan DNKni oltin nanozarrachalarga 1 OD / ml konsentratsiyasida qo'shing.
  4. Ning kontsentratsiyasini keltiring natriy dodesil sulfat (SDS) va PB mos ravishda 0,01% va 0,01 M gacha bo'lgan yakuniy konsentrasiyalargacha.
  5. 20 daqiqadan so'ng, NaCl konsentratsiyasini 0,01 M gacha, 2 M NaCl / 0,01 M PB aktsiyali eritma yordamida 0,01% SDS saqlang. 20 daqiqa davomida inkübe qiling.
  6. NaCl konsentratsiyasini 0,05 M ga oshirish uchun 5-bosqichni takrorlang.
  7. 20 daqiqali inkubatsiya davrlari yordamida 1 M yakuniy konsentratsiyaga erishilgunga qadar NaCl konsentratsiyasini 0,1 M gacha oshiring.
  8. Bir kechada inkubatsiya qiling.
  9. Oltin nanozarrachali eritmani santrifüj qiling (funktsional zarralar reaksiya idishining pastki qismida to'planadi), ustki moddani olib tashlang va 0,1% SDS eritmasidagi zarralarni qayta ishlab chiqaring.
  10. Funktsionalizatsiya qilingan zarrachalarni eritmadagi ortiqcha DNKlardan tozalashni yakunlash uchun 9-bosqichni to'rt marta takrorlang.

Adabiyotlar

  1. ^ Katler, J. I .; Auyeung, E.; Mirkin, C. A. "Sferik nuklein kislotalari", Amerika Kimyo Jamiyati jurnali, 2012, 134, 1376-1391, doi: 10.1021 / ja209351u.
  2. ^ Mirkin, C. A .; Letsinger, R. L .; Mucic, R. C; Storhoff, J. J. "Nanozarralarni makroskopik materiallarga oqilona yig'ish uchun DNKga asoslangan usul", Nature, 1996, 382, ​​607-609, doi: 10.1038 / 382607a0.
  3. ^ Alivisatos, A. P.; Johnsson, K. P.; Peng X.; Uilson, T. E.; Loweth, C. J .; Bryus, M. P., kichik; Schultz, P. G. "DNK yordamida" nanokristal molekulalarini "tashkil etish", Nature, 1996, 382, ​​609-611. doi: 10.1038 / 382609a0
  4. ^ Xill, H.D .; Millstone, J. E .; Banxolzer, M. J .; Mirkin, C. A. "Oltin nanopartikullarga yuklanadigan tiolatli oligonukleotidni egrilik rollarining radiusi", ACS Nano, 2009, 3, 418-424. doi: 10.1021 / nn800726e.
  5. ^ Rosi, N. L.; Giljoxann, D. A .; Takston, S.S .; Litton-Jan, A. K. R.; Xan, M. S .; Mirkin, C. A. "Hujayra ichidagi genlarni tartibga solish uchun oligonukleotid-modifikatsiyalangan oltin nanozarralar", Science, 2006, 312, 1027-1030. doi: 10.1126 / science.1125559.
  6. ^ 305. Seferos, D. S.; Giljoxann, D. A .; Xill, H.D .; Prigodich, A. E.; Mirkin, C. A. "Nano-alevlar: Transfektsiya uchun probalar va tirik hujayralardagi mRNKni aniqlash", Amerika Kimyo Jamiyati jurnali, 2007, 129, 15477-15479. doi: 10.1021 / ja0776529.
  7. ^ Makfarlan, R. J .; Li B.; Jons, M. R .; Xarris, N .; Shats, G. S.; Mirkin, C. A. "DNK bilan nanoparticle superlattice Engineering", Science, 2011, 334, 204-208. doi: 10.1126 / science.1210493.
  8. ^ Jons, M. R .; Seeman, N. C .; Mirkin, C. A. "Dasturlashtiriladigan materiallar va DNK bog'lanishining tabiati", Fan, 2015, 347, 1260901, doi: 10.1126 / science.1260901.
  9. ^ Litton-Jan, A. K. R.; Mirkin, C. A. "DNKning funktsionalizatsiyalangan oltin nanopartikulyar zondlari va molekulyar florofor zondlarining majburiy xususiyatlarini termodinamik tekshirish," Journal of the American Chemical Society, 2005, 127, 12754-12755. doi: 10.1021 / ja052255o.
  10. ^ Taton, T. A .; Mirkin, C. A .; Letsinger, R. L. "Nanopartikulyar probalar bilan skanometrik DNK massivini aniqlash", Science, 2000, 289, 1757-1760. doi: 10.1126 / science.289.5485.1757.
  11. ^ Nam, J.-M .; Takston, S.S .; Mirkin, C. A. "Oqsillarni ultrasensitiv aniqlash uchun nanopartikulalarga asoslangan bio-shtrix kodlari", Science, 2003, 301, 1884-1886. doi: 10.1126 / science.1088755.
  12. ^ Liu B.; Liu, J. "DNK bilan ishlaydigan oltin nanopartikullarni tayyorlash usullari, bioanalitik kimyoning asosiy reagenti", Analitik usullar, 2017, 9, 2633-2643. doi: 10.1039 / c7ay00368d.
  13. ^ Xerst, S. J .; Litton-Jan, A. K. R.; Mirkin, C. A. "Oltin nanopartikulyar o'lchamlari oralig'ida DNK yuklanishini maksimal darajada oshirish", Analitik kimyo, 2006, 78, 8313-8318. doi: 10.1021 / ac0613582.