Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54417 Общая биофизика General biophysics Общая биофизика DNA INTEGRATION WITH METAL NANOPARTICLES ИНТЕГРАЦИЯ ДНК С НАНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА Касьяненко Н А Kasyanenko N A n.kasyanenko@spbu.ru Варшавский М С Varshavskii M S Симанов Г С Simanov G C Бакулев В. М. Bakulev V. M. Санкт-Петербургский государственный университет ru St. Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный университет ru St. Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный университет ru St. Petersburg State University ru Санкт-Петербургский государственный университет Санкт-Петербург Россия St. Petersburg State University Saint Petersburg Russian Federation 25 06 2019 25 06 2019 4 2 182 189 20 06 2019 20 06 2019 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54417/view

Интеграция ДНК с наночастицами благородных металлов позволяет получать разнообразные структуры с уникальными свойствами из-за синергетической активности обоих компонентов, которые дают возможность создания различных наноразмерных инструментов для применения в тераностике, биоэлектронике, при биокатализе, для зондирования, маркировки и доставки биологически активных агентов. Такие системы востребованы при построении различных трехмерных конструкций на основе технологий ДНК-оригами и ДНК-лего, что дает возможность создания композитных материалов с уникальными оптическими, физическими и электрохимическими свойствами. В таких структурах обычно используют принцип комплементарности оснований. Однако в последнее время стали использовать не только уникальные архитектурные свойства ДНК, но и ее конформационные возможности, обеспечивающие распознавание самых разнообразных мишеней (от ионов до белков и надмолекулярных структур) и формирование сложных комплексов с заданными свойствами. В работе на примере восстановления ионов серебра после образования их комплексов с азотистыми основаниями ДНК рассматривается процесс металлизации ДНК в растворе. Показано, что оптические свойства формируемых структур зависят от целого ряда факторов - от концентраций компонентов, способа смешивания и др. Рассматриваются спектральные свойства растворов, содержащих высокомолекулярную ДНК с наночастицами серебра, методами динамического светорассеяния и атомной силовой микроскопии анализируются размеры наночастиц, получаемых путем химического восстановления ионов серебра при использовании нитрата серебра. Проводится анализ влияния ДНК на состояние наночастиц в растворе.

Integration of DNA with nanoparticles of noble metals makes it possible to obtain various structures with unique properties due to the synergistic activity of both components, which make it possible to create various nanoscale tools for use in theranostic, bioelectronics, biocatalysis, for probing, labeling and delivering biologically active agents. Such systems useful when building various three-dimensional constructions based on DNA origami and DNA-Lego technologies, which makes it possible to create composite materials with unique optical, physical and electrochemical properties. In such structures, the principle of base complementarity is usually used. Recently, however, investigators began to use not only unique architectural properties of DNA, but also the conformational capabilities of DNA, that ensure recognition of a wide variety of targets (from ions to proteins and supramolecular structures) for the formation of complexes with desired properties . The reduction of silver ions after the formation of their complexes with nitrogenous bases of DNA is studied in this research. The process of DNA metallization in solution is considered. It is shown that the optical properties of the formed structures depend on a number of factors - on the concentrations of the components, on the method of mixing, etc. The spectral properties of solutions containing high-molecular DNA with silver nanoparticles were regarded. The dynamic light scattering method and atomic force microscopy to analyze the size of nanoparticles obtained by chemical reduction of silver ions using silver nitrate were used. The analysis of the influence of DNA on the state of nanoparticles in solution was carried out.

 наночастицы серебра высокомолекулярная ДНК металлизация ДНК silver nanoparticles high molecular DNA DNA metallization

Puchkova A.O., Sokolov P.A., Kasyanenko N.A., Petrov Y.V. Metallization of DNA on silicon surface. Journal of Nanoparticle Research, 2011, vol. 13, no. 9, pp. 3633-3641. DOI: 10.1007/s11051-011-0282-6. Puchkova A.O., Sokolov P.A., Kasyanenko N.A., Petrov Y.V. Metallization of DNA on silicon surface. Journal of Nanoparticle Research, 2011, vol. 13, no. 9, pp. 3633-3641. DOI: 10.1007/s11051-011-0282-6. Kasyanenko N., Varshavskii M., Ikonnikov E., Tolstyko E., Belykh R., Sokolov P., Bakulev V., Rolich V., Lopatko K. DNA modified with metal nanoparticles: preparation and characterization of ordered metal-DNA nanostructures in a solution and on a substrate. Journal of Nanomaterials, 2016, 3237250. DOI: 10.1155/2016/3237250. Kasyanenko N., Varshavskii M., Ikonnikov E., Tolstyko E., Belykh R., Sokolov P., Bakulev V., Rolich V., Lopatko K. DNA modified with metal nanoparticles: preparation and characterization of ordered metal-DNA nanostructures in a solution and on a substrate. Journal of Nanomaterials, 2016, 3237250. DOI: 10.1155/2016/3237250. Sun Y., Xia. Y. Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles. Science, 2002, vol. 298, no. 5601, pp. 2176-2179. DOI: 10.1126/science.1077229. Sun Y., Xia. Y. Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles. Science, 2002, vol. 298, no. 5601, pp. 2176-2179. DOI: 10.1126/science.1077229. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and Applications, Springer, Berlin, 2007, 345 p. Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and Applications, Springer, Berlin, 2007, 345 p. Ghosh S.R., Nath S., Kundu S., Esumi K., Pal T. Ligand Effects on the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) of Gold Colloids. Journal of Physical Chemistry B, 2004, vol. 108, no. 37, pp. 13963-1397. DOI: 10.1021/jp047021q. Ghosh S.R., Nath S., Kundu S., Esumi K., Pal T. Ligand Effects on the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) of Gold Colloids. Journal of Physical Chemistry B, 2004, vol. 108, no. 37, pp. 13963-1397. DOI: 10.1021/jp047021q. Спирин А.С. Спектрофотометрическое определение суммарного содержания нуклеиновых кислот. Биохимия, 1958, т. 23, с. 656-662. [Spirin A.S. Spectrophotometric determination of total nucleic acids. Biokhimiya (USSR), 1958, vol. 23, pp. 656-662. (In Russ.)] Spirin A.S. Spektrofotometricheskoe opredelenie summarnogo soderzhaniya nukleinovyh kislot. Biohimiya, 1958, t. 23, s. 656-662. [Spirin A.S. Spectrophotometric determination of total nucleic acids. Biokhimiya (USSR), 1958, vol. 23, pp. 656-662. (In Russ.)] Касьяненко Н.А., Qiushi Z., Варшавский М.С., Бакулев В.М., Демидов В.Н. Металлокомплексы ДНК и металлизация макромолекулы в растворе. Журнал структурной химии, 2017, т. 58, № 2, с. 424-430. DOI: 10.15372/JSC20170227 [Kasyanenko N.A., Qiushi Z., Varshavskii M.S., Bakulev V.M, Demidov V.N. DNA metal complexes and metallization of a macromolecule in solution. Journal of Structural Chemistry, 2017, vol. 58, no. 2, pp. 406-412. DOI: 10.1134/S0022476617020275.] Kas'yanenko N.A., Qiushi Z., Varshavskiy M.S., Bakulev V.M., Demidov V.N. Metallokompleksy DNK i metallizaciya makromolekuly v rastvore. Zhurnal strukturnoy himii, 2017, t. 58, № 2, s. 424-430. DOI: 10.15372/JSC20170227 [Kasyanenko N.A., Qiushi Z., Varshavskii M.S., Bakulev V.M, Demidov V.N. DNA metal complexes and metallization of a macromolecule in solution. Journal of Structural Chemistry, 2017, vol. 58, no. 2, pp. 406-412. DOI: 10.1134/S0022476617020275.] Yeh H.-C., Sharma J., Han J.J., Martinez J.S., Werner H. A DNA-Silver Nanocluster Probe That Fluoresces upon Hybridization. Nano Lettres, 2010, vol. 10, no. 8, pp. 3106-3110. DOI: 10.1021/nl101773c. Yeh H.-C., Sharma J., Han J.J., Martinez J.S., Werner H. A DNA-Silver Nanocluster Probe That Fluoresces upon Hybridization. Nano Lettres, 2010, vol. 10, no. 8, pp. 3106-3110. DOI: 10.1021/nl101773c. Díez I., Ras R.H.A. Fluorescent silver nanoclusters. Nanoscale, 2011, vol. 3, pp. 1963-1970. DOI: 10.1039/C1NR00006C. Díez I., Ras R.H.A. Fluorescent silver nanoclusters. Nanoscale, 2011, vol. 3, pp. 1963-1970. DOI: 10.1039/C1NR00006C. Volkov I.L., Ramazanov R.R., Ubyivovk E.V., Rolich V.I., Kononov A.I., Kasyanenko N.A. Fluorescent silver nanoclusters in condensed DNA. Chemphyschem: European journal of chemical physics and physical chemistry, 2013, vol. 14, no. 15, pp. 3543-3550. DOI: 10.1002/cphc.201300673. Volkov I.L., Ramazanov R.R., Ubyivovk E.V., Rolich V.I., Kononov A.I., Kasyanenko N.A. Fluorescent silver nanoclusters in condensed DNA. Chemphyschem: European journal of chemical physics and physical chemistry, 2013, vol. 14, no. 15, pp. 3543-3550. DOI: 10.1002/cphc.201300673.