减缓DNA运输使用Graphene-DNA交互

Shouvik Banerjee詹姆斯·威尔逊Jiwook垫片,Manish Shankla,伊莉斯卡宾,阿列克谢Aksimentiev,拉希德巴希尔
先进功能材料25 936 - 946 (2015)
DOI:10.1002 / adfm.201403719助理

突出

减缓DNA易位速度在纳米孔确保可靠的解决个人基地至关重要。薄膜材料提高空间分辨率,但同时降低时间分辨率为分子把太迅速。在这项研究中,我们审查的影响暴露石墨烯层的运输动态单(ssDNA)和双链DNA通过纳米孔(dsDNA)。后,设计实验系统研究了我们的合作者在伊利诺斯巴希尔(集团),我们建立了纳米孔系统以普通电介质膜或电介质膜夹在两层石墨烯和模拟DNA电泳运输穿过纳米孔。在定性协议实验中,我们观察到减少DNA的移位速度graphene-dielectric-graphene膜的疏水相互作用所产生的DNA的核苷酸和石墨烯。易位的模拟也表明ssDNA通过多层石墨烯膜是逐步地将个人DNA核苷酸在纳米孔在规定的地方。基于这些结果,我们建议多个多层石墨烯层的集成可能减缓足以使DNA碱基的识别。

文摘

减缓DNA易位速度在纳米孔确保可靠的解决个人基地至关重要。薄膜材料提高空间分辨率,但同时降低时间分辨率为分子把太迅速。在这项研究中,暴露的影响石墨烯层的运输动态单(ssDNA)和双链DNA检查(dsDNA)通过纳米孔。纳米孔设备与石墨烯的各种组合和氧化铝介质层多层膜结构是捏造的。缓慢的ssDNA易位纳米孔钻在膜层石墨烯的报道。增加疏水性ssDNA和石墨烯层之间的相互作用可以解释这一现象。疏水的起源的进一步确认这些交互是通过报告更快的易位dsDNA通过这些石墨烯层膜。分子动力学模拟确认优惠与DNA的相互作用,石墨烯层和介质层验证实验结果。根据我们的研究结果,我们建议多个多层石墨烯层的集成可能减缓足以使DNA碱基的识别。

分子动力学模拟建模单链DNA的原子论的细节(ssDNA)把通过纳米孔校正在堆叠graphene-dielectric-graphene膜。单个核苷酸(nt) 54元ssDNA分子独特的颜色,而清晰的膜是半透明的。这部电影展示了一个横断面(左)和自顶向下(右)的观点ssDNA易位过程由500 mV跨膜电位。

了解力学的单链DNA通过介质(a)和易位graphene-dielectric-graphene堆叠纳米孔(B),疏水堆积ssDNA基地到石墨烯层上方和下方的介质降低了易位率ssDNA通过多层膜(C,红色)相比,只是一个电介质膜(C、黑色)。

通过多层膜的ssDNA把逐步的方式。每个核苷酸的z坐标(nt)的质心测量每个核苷酸(A)支柱。每个核苷酸的颜色对应于同样的颜色痕迹。箭头上方和下方的痕迹表明DNA碱基的时刻释放从顶部层石墨烯(上)和绑定到底层的石墨烯(底部)。很少运动的痕迹说明时期被短暂的快速运动大约一个核苷酸的长度。ssDNA核苷酸的位置的分布沿z坐标指示ssDNA核苷酸的重复放置在同一区域的孔隙。