Наногібриди вуглецевих нанотрубок з полінуклеотидами: структура та енергії взаємодії між компонентами - Автореферат

На основі квантово-механічних розрахунків була встановлена структура та енергії взаємодії в комплексах азотистих основ нуклеїнових кислот з вуглецевими нанотрубками та графеном. Аналіз отриманих результатів показав, що збільшення діаметру призводить до зростання енергії взаємодії між компонентами комплексу. Методом атомно-силовой микроскопии показано, что сравнительно длинные фрагменты однонитевой ДНК (70-150 нм) под воздействием ультразвука в водной среде могут многослойно накручиваться на нанотрубку по типу веретена, при этом высота второго и последующих слоев оказалась меньше первого. Сравнение этих данных с кривой плавления дн-ДНК в отсутствие нанотрубок показало, что адсорбция полимера на поверхность трубки приводит к его термостабилизации на 3°С. Была предложена модель агрегации двух нанотрубок, на каждую из которых были адсорбированы полимеры poly(RA) и которые связывались одним полимером poly(RU).З наведеного огляду літератури, яка стосується квантово-механічних розрахунків комплексів азотистих основ з ОВНТ, випливає, що незважаючи на наявність публікацій, присвячених розрахункам таких комплексів, залишається до кінця незясованими ані структури наногібридів, ні енергії взаємодії між компонентами комплексу. У другому розділі розглянуто методи приготування зразків, експериментальні та теоретичні методи дослідження, які використовувались для вивчення структур та енергій взаємодій в комплексах ОВНТ з полінуклеотидами. Третій розділ присвячений дослідженню ?-? взаємодії між ОВНТ та компонентами полінуклеотидів - азотистими основами, оскільки стекінг взаємодія між компонентами комплексу є основним фактором, який стабілізує полінуклеотид на поверхні нанотрубки. Виявилося, що енергія зменшується у ряду Гуанін (-67,1 КДЖ/моль) > Аденін (-59,0 КДЖ/моль) > Цитозин (-50,3 КДЖ/моль) ? Тимін (-50,2 КДЖ/моль) > Урацил (-44,2 КДЖ/моль). Ряд стабільності по енергіях взаємодії азотистих основ на поверхні графену має вигляд: Гуанін (-78,6 КДЖ/моль) > Аденін (-67,9 КДЖ/моль) > Цитозин (-59,6 КДЖ/моль) > Тимін (-56,2 КДЖ/моль) > Урацил (-50,2 КДЖ/моль).Основні результати можна сформулювати наступним чином: Вперше встановлено, що у водному середовищі при ультразвуковому впливі порівняно довгий однонитковий біополімер (більше 50 нм) може багатошарово накручуватися навколо вуглецевої нанотрубки за типом веретена. Запропонована модель утворення гібриду ДНК:ОВНТ, згідно з якою спочатку з ОВНТ взаємодіють однониткові області полімеру завдяки ?-стекінгу азотистих основ з поверхнею нанотрубки, створюючи „якір” для всього полімеру, потім двонитковий фрагмент локалізується поблизу нанотрубки. Встановлено структуру та енергію взаємодії комплексів азотистих основ нуклеїнових кислот з одностінними вуглецевими нанотрубками та графеном, які було одержано за допомогою квантово-механічних розрахунків. З побудованого ряду стабільності комплексів основ нуклеїнових кислот з нанотрубкою: Гуанін > Аденін > Цитозин ? Тимін > Урацил слідує, що пуринові основи мають більшу енергію взаємодії з нанотрубкою, ніж піримідинові. Показано, що введення полімеру poly(RU) у водну суспензію вуглецевих нанотрубок з адсорбованим комплементарним полімером poly(RA) призводить до агрегації нанотрубок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ