Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии - Биология и естествознание курсовая работа
Главная
Биология и естествознание
Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии
Пространственное упорядочение двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот в результате "энтальпийной конденсации" и наноконструкции на основе этих молекул. Области применения наноконструкции на основе двухцепочечных молекул ДНК. Нуклеиновые кислоты.
посмотреть текст работы
скачать работу можно здесь
полная информация о работе
весь список подобных работ
Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра «Материалы, технологии и конструирование машин»
Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии
Выполнила студентка группы МТН -11 Ложкина Ю.А.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, НАНОКОНСТРУКЦИИ, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ДИСПЛЕЙ, НАНОМОСТИКИ, ДАУНОМИЦИН (ДАУ), ЭНТРОПИЙНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ, ЭНТАЛЬПИЙНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ, ПОЛИКАТИОН, ХИТОЗАН, АМПЛИФИКАЦИЯ, КОНФОРМАЦИЯ МОЛЕКУЛ, ДНК - ОРИГАМИ, КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ, ОТЖИГ, ОКТАЭДР.
Слова "нанотехнология", "наночастицы", "наноматериалы" известны уже широкому кругу исследователей. Действительно, манипуляции на уровне отдельных атомов позволяют создавать новые "структурированные" материалы и устройства, обладающие заранее заданными уникальными свойствами. В последнее время в научный оборот вошло такое понятие, как «нанобиотехнология», то есть формируются новые направления нанотехнологии, в которых "строительными блоками" при конструировании наноструктур служат молекулы биологического происхождения.
1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИЯ
2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИИ
3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТАЛЬПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ЭТИХ МОЛЕКУЛ
4. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ С ПОЛИКАТИОНАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТАЛЬПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ЭТИХ ПОЛИКАТИОНОВ
5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ ДНК
Фундаментальные исследования явлений, происходящих в структурах, имеющих размеры от 1 до 100 нм, лежат в основе новой области науки и техники, называемой нанотехнологией. Нанотехнология возникла из современных достижений и открытий в области визуализации, анализа и манипуляций со структурами, имеющими нанометровые размеры, контролируемого синтеза новых материалов и создания наноразмерных устройств.
Нанотехнологию можно определить как науку о создании и использовании «структурированных» материалов, устройств и систем с такими функциями, которые связаны с геометрическими размерами или специфическими особенностями наноструктур.
Принципиальную схему «составных частей» классической нанотехнологии, сложившихся к концу 20 века, иллюстрирует рис.1.
Комментируя приведенную на рис.1 схему, можно сказать, что «инженерная» (техническая) нанотехнология ориентирована на решение таких задач, как:
а) создание твердых тел и поверхностей с управляемой молекулярной структурой (создание наноматериалов);
б) конструирование новых типов химических соединений с управляемыми свойствами (наноконструирование);
в) создание наноразмерных самоорганизующихся и/или самореплицирующихся структур;
г) разработка устройств различного назначения (компоненты наноэлектроники, нанооптики, наноэнергетики и т.д.);
д) сопряжение наноразмерных устройств с электронными системами. [1]
Если говорить о наноматериалах на неорганической (в частности, кремниевой) основе, то можно выделить такие свойства этих материалов, как механическая прочность, сверхпроводимость, развитая поверхность и т.д. Создание наноматериалов и устройств, имеющих малый размер, низкую стоимость, низкое энергопотребление и т.д., открывает возможность их применения в различных областях науки и техники.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
На схеме выделены основные направления исследований. К очень важному направлению относится совсем новое направление - «опасность нано(био)материалов»; первые дискуссии в рамках этого направления были проведены в декабре 2005г. [2].
Нанотехнологии должны обеспечить высокий потенциал экономического роста, они определяют качество жизни населения, технологическую и оборонную безопасность, ресурсо- и энергосбережение, т.е. полностью соответствует социальным запросам любого общества.
1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИЯ
Материалы ряда семинаров и симпозиумов, проведенных в разных странах, в последнее время (см., например, материалы Международной конференции NanoTech 2005. May 8--12. Anaheim, California, USA) [3] показывают, что число исследований в областях нанотехнологии, в которых используются биологические макромолекулы, стремительно увеличиваются. Такой интерес к биологическим молекулам является вполне оправданным. В процессе эволюции биологические молекулы приобрели целый ряд таких свойств, которые делают их крайне привлекательными для применения в нанобиотехнологии. Среди них можно отметить следующие: во-первых, нужно отметить химическое многообразие «строительных блоков», таких как аминокислоты, липиды и нуклеотиды (нуклеозиды), несравнимое по своей численности со «строительными блоками» на неорганической основе; во-вторых, сами «строительные блоки» склонны к спонтанному, но регулируемому на молекулярном уровне образованию сложных пространственных структур; в-третьих, существует множество путей, по которым происходит сборка (полимеризация) «строительных блоков», что открывает возможность создания огромного ряда наноструктур. Иерархия самособирающихся биологических структур начинается с мономеров (т.е. нуклеотидов и нуклеозидов, аминокислот, липидов и др.), которые образуют биополимеры (такие, как ДНК, РНК, белки, полисахариды), затем их ансамбли (мембраны, органеллы) и, наконец, клетки, органы и даже организмы. (Можно сказать, что биология - это наука, в которой нанобиотехнология действительно «работает»). Наконец, нанобиоматериалы, зачастую получаемые в результате самосборки, могут иметь не только улучшенные свойства, но и уникальные области применения. Сочетание химической реакционной способности биополимеров, с их склонностью к созданию иерархических наноструктур, возможность промышленного получения биополимеров делают эти молекулы удобным объектом для применения в нанотехнологии. Поэтому использование биологических молекул для создания искусственных наноструктур на основе принципов, предлагаемых природой, выглядит вполне естественным. Было бы странным не использовать для наноконструирования те возможности, которые широко предоставляет живая природа. Более того, успехи в химическом синтезе и биотехнологии, позволяющие сочетать «строительные блоки» разной природы, т.е. создавать «химерные» молекулы, содержащие в своем составе, например, аминокислоты и синтетические органические цепи, открывают фантастическую возможность - они позволяют создавать такие нанобиоматериалы и наноструктуры, которые, в принципе, отсутствуют в природе. Таким образом, можно ожидать, что по мере развития нанобиотехнологии будет происходить «перенос» биополимеров из мира биологии в мир техники.
2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - ОСНОВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОНСТРУКЦИЙ
Возможность применения нуклеиновых кислот для создания наноконструкции с регулируемыми параметрами основана на учете ряда свойств, характерных только для этих молекул:
а) одно - и двухцепочечные молекулы нуклеиновых кислот с заранее заданными последовательностями азотистых оснований могут быть получены в промышленных масштабах средствами современной биотехнологии;
б) высокая локальная жесткость коротких (длиной 500 - 1000?) молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот при нормальных свойствах растворителя позволяет использовать такие молекулы в качестве «строительных блоков» без нарушения их свойств;
в) гибкая, одноцепочечная нуклеиновая кислота «узнает» комплементарную ей другую цепочку и за счет Н-связей образует с ней прочный комплекс, что открывает возможность для получения жесткой двухцепочечной структуры;
г) формирование мест «разветвления» в составе двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот в сочетании с комплементарными (узнающими, «липкими») концами позволяет создавать плоские решетки и сложные пространственные структуры;
д) предсказываемый и заранее программируемый характер пространственных форм жестких молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот при изменении свойств растворителя и характер межмолекулярного взаимодействия в разных условиях открывают путь для направленной регуляции свойств создаваемых пространственных конструкций;
е) азотистые основания в пространственных структурах нуклеиновых кислот сохраняют способность не только к взаимодействию с разными химическими соединениями и биологически активными веществами, но и к их специфической ориентации относительно длинной оси молекулы нуклеиновой кислоты, что придает всей конструкции дополнительную химическую реакционную способность.
Наноконструирование на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, т.е. направленное создание сложных пространственных структур (наноконструкции, наноматериалов) с регулируемыми свойствами, «строительными блоками» которых являются молекулы двухцепочечных нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), вызывает в последнее время большой интерес исследователей [4-8].
В настоящее время описаны несколько стратегий создания наноконструкций на основе двухцепочечных нуклеиновых кислот, позволяющих контролировать структуру наноматериалов с молекулярной точностью.
В основе технологии создания наноконструкции, предложенной Н.Зиманом [9] в 1982г., лежит представление о создании пространственных структур в результате последовательной модификации исходной молекулы двухцепочечной ДНК, приводящей вначале к созданию плоской нанорешетки, а затем структур типа куба, октаэдра и т.д., ребрами жесткости, которых являются молекулы ДНК. В состав таких пространственных структур предполагается включать молекулы «гостей», что будет придавать по мнению авторов, наноконструкции новые, полезные свойства. Тем не менее, важнейшая задача наноконструирования - создание пространственных конструкций с управляемыми свойствами, содержащих в своем составе молекулы других соединений (гостей), не решена в рамках рассмотренной технологии. Эта технология, является трудоемкой, ресурсозатратной, она требует непрерывного контроля «качества» каждой из стадий процесса наноконструирования.
Физическая химия двухцепочечных нуклеиновых кислот и их комплексов свидетельствуют о том, что существуют другие, более простые способы упорядочения соседних молекул нуклеиновых кислот.
В основе технологий создания наноконструкций, разработанных в Институте молекулярной биологии РАН [10], которые в принципе отличаются от технологии Н.Зимана, лежит представление о возможности создания пространственных структур нуклеиновых кислот в результате различных вариантов самопроизвольного упорядочения соседних молекул нуклеиновых кислот (или комплексов нуклеиновых кислот) при их фазовом исключении.
3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТРОПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ЭТИХ МОЛЕКУЛ
Первый из вариантов технологии наноконструирования основан на использовании частиц жидкокристаллических дисплеев (ЖКД), которые образуются в результате фазового исключения жестких, линейных, двухцепочечных нуклеиновых кислот из водно-солевых растворов некоторых полимеров при соблюдении ряда условий (молярная масса нуклеиновых кислот, молярная масса и концентрация полимера, ионная сила раствора, его солевой состав и т.д.) [11]. Полимер не входит в состав образующихся частиц жидкокристаллических дисплеев. ( Фазовое исключение нуклеиновых кислот называется также «? - конденсация» (? - акроним от слов polymer - salt - induced, psi), «энтропийная конденсация» нуклеиновых кислот).
Частицы жидкокристаллических дисплеев обладают несколькими особенностями, представляющими интерес для наноконструирования. Во - первых, для частиц жидкокристаллических дисплеев двухцепочечных нуклеиновых кислот характерно сохранение химической реакционной способности структурных элементов (азотистых оснований и т.д.), высокая (в пределах от 160 до 400 мг/мл!) локальная концентрация и упорядоченное расположение соседних молекул нуклеиновых кислот в частицах жидкокристаллических дисплеев. В зависимости от осмотического давления раствора, расстояние между соседними молекулами нуклеиновых кислот в частицах жидкокристаллических дисплеев можно регулировать в пределах 2.5 - 5.0 нм [12]. Во - вторых, как правило, молекулы нуклеиновых кислот, в силу присущей им геометрической и оптической анизотропии, стремятся упаковаться в частицах жидкокристаллических дисплеев, таким образом, при котором возникает спирально закрученная пространственная структура соседних слоев молекул нуклеиновых кислот (так называемая «холестерическая» структура). Формирование холестерических жидкокристаллических дисплеев нуклеиновых кислот сопровождается появлением аномальной оптической активности, проявляемой в виде интенсивной полосы в спектре в области поглощения хромофоров нуклеиновых кислот. В-третьих, на поверхности соседних молекул нуклеиновых кислот, фиксированных в пространственной структуре частиц жидкокристаллических дисплеев, присутствуют реакционно - способные группы (места) либо такие группы могут быть химически встроены в структуру молекул нуклеиновых кислот без нарушения их способности к образованию частиц ЖКД. Такими местами являются, в частности, азотистые основания, образующие комплексы с ионами металлов; ими могут быть молекулы лигандов, дополнительно вводимых в систему. Учитывая расстояние между соседними молекулами нуклеиновых кислот. «Сшивки» можно назвать «наномостиками», которые соединяют эти молекулы. Поскольку наномостики могут формироваться между любыми соседними молекулами двухцепочечных нуклеиновых кислот, этот процесс приведет к возникновению трехмерной пространственной структуры, которую можно назвать «наноконструкцией». Наконец, если процесс формирования наномостиков удастся реализовать таким способом, при котором пространственная структура частиц жидкокристаллических дисплеев остается неизменной, то аномальная оптическая активность позволит контролировать изменение не только вторичной структуры исходных молекул нуклеиновых кислот, но и появление в структуре наноконструкции молекул, образующих наномостики.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Наноконструкцию на основе двухцепочечных ДНК получали по следующей схеме: из двухцепочечных молекул ДНК формировали жидкокристаллический дисплей (кривая 1, рис.2), добавляли к ней раствор антрациклинового антибиотика дауномицина |ДАУ|, до формирования «внешнего» комплекса (кривая 2), и затем обрабатывали раствором CuCl 2 (кривая 3). При добавлении CuCl 2 к жидкокристаллическому дисплею ДНК, обработанной раствором антрациклинового антибиотика и имеющей равновесное значение амплитуды полосы при ? ~ 500 нм (кривая 2), происходит усиление (амплификация) полосы, соответствующей оптическим свойствам хромофора комплекса |ДАУ - Cu 2+ |. При использовании нами условиях (молярная масса ДНК ~ 8*10 5 Да, концентрация ДНК ~ 5 мкг/мл) максимальная амплитуда полосы при ? ~ 500 нм составляет приблизительно 2500 единиц.
Амплификация полосы при ? ~ 500 нм свидетельствует о том, что хромофор комплекса |ДАУ - Cu 2+ | пространственно фиксирован относительно молекул ДНК в составе частиц жидкокристаллических дисплеев [13]. Хотя существует две разные модели фиксации комплексов |ДАУ - Cu 2+ | вблизи поверхности молекул ДНК [14,15], экспериментальные данные позволяют сделать однозначный выбор в пользу модели комплекса, выполняющего функцию «наномостика» между молекулами ДНК [16]. Эффективность образования наномостиков зависит от концентрации как молекул ДАУ, так и ионов меди [13].
«Критическая» концентрация в случае ДАУ означает, что в образовании наномостиков принимают участие те молекулы ДАУ, которые становятся доступными для химической реакции после завершения интеркаляции ДАУ. Критическая концентрация в случае ионов меди показывает, что эти ионы индуцируют в молекуле нуклеиновой кислоты какие-то изменения, после чего ионы меди (или их комплексы с парами оснований и (или) ДАУ) становятся доступными для дальнейшего хелатообразования, необходимого для строительства наномостиков. (Это означает, что порядок добавления компонентов, а именно, ДАУ и ионов меди, важен для построения наномостиков).
Экспериментальные данные, полученные при помощи разных физических методов, включая низкотемпературную магнитометрию, показывают, что в состав наномостика может входить до 6 ионов меди (II), и наномостик […-- Cu 2+ -- ДАУ-- Cu 2+ -...] имеет структуру, показанную на рис. 3. Наномостики представляют собой плоские хелатные комплексы, которые возникают между пространственно упорядоченными молекулами ДНК, расположенными как в одном слое, так и в соседних слоях [16]. Этот процесс приводит к возникновению трехмерной наноконструкции.
Рисунок 3 - Структура наномостиков между молекулами нуклеиновых кислот (для удобства восприятия мостики повернуты на 90° по отношению к парам азотистых оснований).
Можно перечислить некоторые свойства созданной наноконструкции. Во-первых, в отличие от исходных частиц жидкокристаллических дисплеев, свойства наноконструкции не зависят от осмотического давления раствора, а определяются числом наномостиков. Во-вторых, холестерическая структура исходных частиц жидкокристаллических дисплеев двухцепочечных ДНК теряет свой «жидкостной» характер. В-третьих, для наноконструкции ДНК характерна не только аномальная оптическая активность, проявляемая в виде интенсивной полосы в спектре КД в области поглощения ДНК, но и дополни- тельная аномальная оптическая активность в области поглощения хромофоров антибиотика. В-четвертых, наноконструкция характеризуется двумя тепловыми структурными переходами: один из них соответствует «КД-плавлению» наномостиков, другой -- «КД-плавлению» холестерика ДНК. Величина «температуры плавления», ? пл , наномостиков растет по мере увеличения концентрации их структурных элементов, оставаясь при этом ниже величины ? пл исходного холестерика двухцепочечного ДНК [17] . Наконец, в наноконструкции сохраняется высокая локальная концентрация молекул ДНК (достигающая 400 мг/мл!), а следовательно, в составе наноконструкции возникает высокая концентрация противоопухолевого антибиотика -- дауномицина.
Сказанное выше означает, что наноконструкция представляет собой новый тип биоматериала, свойства которого можно регулировать в широких пределах.
Учитывая стабильность наноконструкции, ее частицы были визуализированы при помощи атомного силового микроскопа [16]. Частицы по форме близки к вытянутым цилиндрам. Оценка размера 400 частиц показывает, что хотя размер частиц меняется в пределах от 0.4 до 0.8 мкм, средняя величина составляет около 0.5 мкм. Это означает, что размер полученных нами частиц жидкокристаллических дисплеев, в составе которых молекулы ДНК «сшиты» наномостиками (т.е. наноконструкций, существующих в отсутствии осмотического давления раствора), совпадает с размером исходных частиц ЖКД из двухцепочечных молекул ДНК, рассчитываемым теоретически в случае растворов с постоянным осмотическим давлением [18].
Таким образом, технология, основанная на «энтропийной конденсации» исходных двухцепочечных нуклеиновых кислот, приводит к созданию наноконструкций, обладающих уникальными свойствами.
4. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ МОЛЕКУЛ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ С ПОЛИКАТИОНАМИ В РЕЗУЛЬТАТЕ «ЭНТАЛЬПИЙНОЙ КОНДЕНСАЦИИ» И НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ МОЛЕКУЛ ЭТИХ ПОЛИКАТИОНОВ
Альтернативу рассмотренному выше подходу к наноконструированию может составить второй вариант технологии, основанный на так называемой «энтальпийной конденсации» двухцепочечных молекул нуклеиновых кислот. Для реализации этого варианта пространственного упорядочения молекул ДНК используют природные или синтетические катионы, которые, образуя комплексы с нуклеиновыми кислотами в водно-солевых растворах, обеспечивают нейтрализацию 80--90% отрицательных зарядов фосфатных групп молекул нуклеиновых кислот, вызывая спонтанное фазовое исключение этих молекул из растворов. При таком фазовом исключении могут формироваться жидкокристаллические дисплеи. В качестве поликатионов, вызывающих образование ЖКД, использованы полиамины, полиаминокислоты, белки (гистоны) и т.д. Однако в этом случае свойства частиц жидкокристаллических дисплеев заметно отличаются от свойств частиц ЖКД, образующихся при «энтропийной конденсации» нуклеиновых кислот. Во-первых, вводимый в систему поликатион, входит в состав частиц жидкокристаллических дисплеев, образующихся в водно-солевых растворах. Во-вторых, в зависимости от эмпирического сочетания нескольких факторов, а именно, ионной силы раствора, содержания положительно заряженных групп, стерической структуры молекулы поликатиона и т.д., реализуются разные способы упаковки молекул комплексов (НК-поликатион) в образующихся частицах. Как правило, это гексагональная упаковка комплексов (НК-поликатион) в частицах ЖКД, для которой характерны брэгговские расстояния в пределах от 26 до 29 ? [19]. Однако в некоторых случаях при удачном выборе поликатиона удается реализовать холестерическую упаковку комплексов (НК-поликатион) [19].
С этой точки зрения внимание привлекают полиаминосахара, в частности природный биодеградируемый полимер -- хитозан (поли[?(1-->4)-2-амино-2-деокси- D-глюкопираноза]). Показано, что взаимодействие этого поликатиона с двухцепочечным ДНК приводит к образованию холестерических жидкокристаллических дисплеев [20], имеющих аномальные полосы в спектре. На кривых рассеяния рентгеновских лучей на фазе, сформированной из частиц ЖКД дисперсии комплекса (ДНК-Хи), присутствует один брэгговский рефлекс (d Брэгг ~ 26 A °). Величина брэгговского рефлекса, характеризующая среднее расстояние между соседними молекулами комплексов (ДНК-Хи) в образованной фазе, существенно меньше по сравнению с величиной d Брэгг, характерной для частиц ЖКД «чистой» ДНК, и соответствует переходной области между холестерической и гексагональной жидкокристаллической фазами [19].
Ряд свойств молекул хитозана (Хи) в составе комплексов (ДНК-Хи) интересен с точки зрения наноконструирования. Во-первых, в силу стерической структуры молекул Хи только часть аминогрупп этих молекул взаимодействует с фосфатными группами ДНК, другая часть аминогрупп оказывается экспонированной во «внешнюю» среду. Во-вторых, амино- и гидроксильные группы соседних сахарных остатков молекул Хи могут образовывать прочные комплексы с ионами металлов [21]. В частности, константа связывания иона двухвалентной меди составляет около 10 14 М [21,22], причем образующийся хелатный комплекс имеет планарную структуру. Такой комплекс, в принципе, может служить местом «начала» («окончания») наномостиков, которые в этом случае соединят не молекулы ДНК, а молекулы Хи, фиксированные на поверхности ДНК. Наконец, аномальная полоса в спектре ЖК дисплея комплексов (ДНК-Хи), имеющая в зависимости от целого ряда условий либо положительный, либо отрицательный знак, позволит следить за изменениями в пространственной структуре частиц ЖК дисплеев.
Имея на руках данные, характеризующие свойства наноконструкций на основе двухцепочечных молекул ДНК, и учитывая свойства частиц ЖК дисплея комплексов (ДНК-Хи), была предпринята попытка создания наномостиков между соседними молекулами Хи, фиксированными в структуре частиц их ЖК дисплеев.
При добавлении CuCl 2 к ЖК дисплею комплекса (ДНК- Хи), имеющей положительный знак полосы в спектре и последующей ее обработке ДАУ, возникает интенсивная положительная полоса при ?~ 500 нм (рис. 4), соответствующая оптическим свойствам хромофора комплекса [ДАУ-- Cu 2+ ].
молекула наноконструкция нуклеиновый энтальпийный
Аналогичная амплификация наблюдается также при обработке ЖК дисплея, сформированной из комплекса (ДНК-Хи), в котором молекулы Хи имеют другое содержание аминогрупп, и ЖК дисплей этого комплекса (ДНК-Хи) характеризуется отрицательной полосой в спектре.
Амплификация полосы в области поглощения хромофора [ДАУ-- Cu 2+ ] показывает, что этот хромофор пространственно фиксирован по отношению к молекулам Хи в любых ЖК дисплеях, сформированных из комплексов (ДНК-Хи).
Эффективность нарастания аномальной полосы в спектре ЖК дисплея комплексов (ДНК-Хи) зависит также, как и в случае «чистой» ДНК, от концентрации молекул ДАУ и ионов меди.
Не исключено, что, также как и в случае чистой ДНК, часть молекул ДАУ может интеркалировать между парами оснований ДНК в составе комплекса (ДНК-Хи), но этот процесс быстро достигает своего равновесия.
Отсутствие «критической» концентрация в случае ионов меди означает, что в отличие от случая «чистой» ДНК в молекулах Хи, фиксированных в структуре комплекса (ДНК-Хи), всегда имеются химические группы, стерически доступные для реакции хелатообразования. Такими группами могут быть аминогруппы и гидроксильные группы сахарных остатков Хи, образующие хелатные комплексы с ионами меди с высокой константой связывания [21,22].
Сопоставление полученных результатов (рис. 6) с результатами формирования наномостиков в случае «чистой» ДНК (рис. 2) свидетельствует об их качественном соответствии. На основании этого можно утверждать, что амплификация полосы при ? ~ 500 нм в спектрах ЖК дисплеев разных комплексов (ДНК-Хи) обусловлена возникновением наномостиков типа […-- Cu 2+ -- ДАУ-- Cu 2+ -...] между соседними молекулами Хи, связанными в комплексы с молекулами ДНК в составе частиц ЖК дисплея.
Учитывая тот факт, что в этом случае, так же как и в случае «чистой» ДНК, наномостики могут возникать между соседними молекулами Хи, расположенными как в одном слое, так и молекулами Хи в соседних слоях, амплификация полосы ? ~ 500 нм отражает возникновение пространственной наноконструкции. Это означает, что формирование наноконструкций на основе ЖК дисплеев молекул ДНК комплексов (ДНК - Хи) имеет во всех случаях одно и тоже оптическое «проявление».
Интересным результатом, указывающим на то, что конформация молекул Хи важна для наноконструирования, является зависимость величины аномальной амплитуды полосы (? 505 нм) в спектрах КД ЖКД комплексов (ДНК-Хи) от содержания аминогрупп в молекулах Хи. Данные, приведенные в работе [23], показывают, что имеется минимальное (предельно малое) расстояние между аминогруппами (около 12 ?, что приблизительно соответствует расстоянию между этими группами «через одну»), на котором могут находиться соседние наномостики […-- Cu 2+ -- ДАУ-- Cu 2+ -... ]. Малая величина аномальной оптической активности в этих условиях может быть обусловлена двумя причинами. Во-первых, не исключено, что, несмотря на высокую концентрацию потенциальных мест образования наномостиков, т.е. высокую концентрацию амино- и гидроксильных групп в молекулах Хи, стерическая структура молекул Хи не является оптимальной для образования наномостиков. Во-вторых, не исключено, что при малом расстоянии между потенциальными местами образования наномостиков […-- Cu 2+ -- ДАУ-- Cu 2+ -..] стерическое взаимодействие между компонентами наномостиков, в частности между объемными аминосахарными остатками молекул ДАУ, запрещает их близкое расположение. По мере увеличения расстояния между аминогруппами в молекулах Хи стерическая структура молекулы Хи меняется таким образом, что ориентация соседних амино- и гидроксильных групп в сахарных остатках Хи оказывается достаточной для оптимальной ориентации соседних наномостиков в создаваемой наноконструкции, и в этих условиях обеспечивается высокая аномальная оптическая активность наноконструкции.
С этой точки зрения интересно сопоставить значения максимальных амплитуд полос, наблюдаемых при создании наноконструкции на основе ЖК дисплеев чистой ДНК и комплексов (ДНК-Хи). При использованных нами условиях (мол. масса ДНК ~ 8х10 5 Да, концентрация ДНК ~ 15 мкг/мл) максимальная амплитуда полосы при ? ~ 500 нм, характерная для ЖКД комплексов (ДНК-Хи), не превышает 2500 единиц ?А, несмотря на разные препараты Хи. Если сопоставить это значение со значением амплитуды, измеренным ранее для ЖК дисплея ДНК и учесть корреляцию между концентрацией ДНК и амплитудой аномальной полосы в спектре для ЖКД, то можно утверждать, что в случае ЖКД комплексов (ДНК- Хи) амплитуда максимальной полосы приблизительно в 3 раза меньше по сравнению с амплитудой полосы, характерной для наноконструкций, сформированных из ЖК дисплея «чистых» двухцепочечных ДНК. Такое различие может быть следствием нескольких причин. Во-первых, оно может отражать меньшее число наномостиков, во-вторых, оно может отражать меньшую физическую длину (размер) наномостиков, поскольку расстояние между молекулами комплекса (ДНК-Хи) меньше по сравнению с расстоянием между «чистыми» молекулами ДНК, и, наконец, оно может быть связано с тем, что угол наклона наномостиков между молекулами Хи в составе комплекса (ДНК-Хи) в ЖК дисплеях отличается от угла наклона в случае наномостиков между «чистыми» молекулами ДНК, что может быть связано с конформацией молекул Хи, расположенных на соседних молекулах ДНК.
Тот факт, что в случае ЖКД комплексов (ДНК-Хи) физический размер наномостиков может быть небольшим, в сочетании с тем, что ионы меди могут образовывать очень прочные хелатные комплексы с соседними амино- и гидроксильной группами сахарных остатков Хи [24,25], позволяет предполагать, что структура и свойства полученных наноконструкций могут заметно отличаться от свойств наноконструкций на основе «чистой» ДНК. Действительно, как показывают предварительные опыты, амплитуда аномальной полосы (? 505 нм) в спектрах ЖК дисплеев наноконструкций на основе разных комплексов (ДНК-Хи) практически не меняется при увеличении температуры. Это означает, что пространственная структура ЖКД комплексов (ДНК-Хи) остается неизменной при использованных условиях нагревания, т.е. тепловая стабильность наноконструкций на основе ЖКД комплексов (ДНК-Хи) заметно превышает стабильность не только наноконструкций на основе «чистой» ДНК, но и ЖК дисплеев, сформированной из комплексов (ДНК-Хи).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Очевидно, что для построения конкретной модели наномостиков между соседними молекулами комплексов (ДНК-Хи) в частицах ЖК дисплея, а следовательно, для построения пространственной модели наноконстр
Процессы получения наночастиц и наноматериалов, нанотехнологии курсовая работа. Биология и естествознание.
Курсовая работа по теме Возведение многоэтажного жилого здания
Аттестационная Работа Врача Хирурга
Курсовая работа: Безграничность потребностей и ограниченность ресурсов
Сочинение О Погоде На Английском
Эссе Современный Педагог 2022
Реферат по теме Популярное введение в буддизм
Сочинение На Тему Судьба Самсона Вырина
Реферат: Черные дыры в человеческой душе. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат На Тему Размножение Человека 8 Класс
Курсовая работа по теме Операции банков с дорожными чеками
Сочинение Что Такое Выбор По Тексту Гришковца
Дипломная работа по теме Денежный оборот организации: анализ и проблемы управления
Кондратьев Александр Сергеевич Диссертация
Сочинение: Старинная фоторгафия памяти героев ВОВ
Реферат На Тему Информационные Процессы
Курсовая работа по теме Структурные и понятийные аспекты языка
Реферат по теме От реформ к кризисным явлениям в Советском обществе (1965 - 1985 гг.)
Анализ конкурентов
Контрольная работа по теме Особенности финансов непроизводственной сферы Республики Беларусь
Сочинение Про Дождь 4 Класс
Гидрофильные гормоны, их строение и биологические функции - Биология и естествознание реферат
Предупреждение чрезвычайных ситуаций при обращении с отходами - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда презентация
Атлас анатомии человека (лимфатическая система) - Биология и естествознание учебное пособие