УДК 544.122.3; 538.911; 538.958 И.В. Корсаков, М.В. Мухина (Университет ИТМО, Санкт-Петербург)

УДК 544.122.3; 538.911; 538.958
Гибридные хиральные наноструктуры на основе молекул ДНК и квантовых
нанокристаллов CdSe/CdS
И.В. Корсаков, М.В. Мухина
(Университет ИТМО, Санкт-Петербург)
Научный руководитель – д.ф.-м.н. В.Г. Маслов
(Университет ИТМО, Санкт-Петербург)
Значительная часть биомолекул обладает хиральностью, то есть способностью не
совмещаться в трехмерном пространстве со своим зеркальным отражением. Хиральные
объекты могут существовать в виде левых (L, levorotatory) и правых (D, dextrorotatory)
оптических стереоизомеров (энантиомеров). В основе взаимодействий хиральных
биомолекул в значительном числе случаев лежит механизм молекулярного распознавания
[1], то есть селективного взаимодействия биомолекулы с молекулой-мишенью в зависимости
от их структурного и энергетического соответствия. Было продемонстрировано, что
хиральные нанокристаллы также могут взаимодействовать с биомолекулами и другими
хиральными объектами по правилам молекулярного распознавания [2]. Это открывает
большие перспективы использования хиральных нанокристаллов в химии, биомедицине,
фармакологии и био-нано-интерфейсах, и делает крайне актуальным развитие техники
синтеза хиральных нанокристаллов.
Существующие методы синтеза полупроводниковых хиральных нанокристаллов в
присутствии хиральных реагентов [3] или путем постсинтетической замены лигандов [4]
обладают существенными недостатками. Несмотря на высокую биосовместимость
получаемых хиральных нанокристаллов, они обладают слабой оптической активностью.
Одним из способов получения хиральных наноструктур с большой оптической активностью
является создание трехмерных хиральных суперструктур на основе хиральных
нанокристаллов при помощи техники ДНК оригами [5]. Для реализации такого метода
необходимо разработать методику получения комплексов нанокристаллов с молекулами
ДНК, обладающих индуцированной оптической активностью.
Целью данной работы является получение комплексов полупроводниковых
нанокристаллов с хиральными молекулами ДНК.
В работе использовались квантовые точки-в-стержнях CdSe/CdS, полученные в
результате высокотемпературного коллоидного синтеза и стабилизированные фосфоновой
кислотой. В качестве образца ДНК использовался водный раствор двухцепочечной ДНК, 20
bp (base pair), pH 7, буфер трис(гидроксиметил)аминометан (Трис).
Для получения комплексов нанокристаллов и молекул ДНК 200 мкл стокового раствора
нанокристаллов CdSe/CdS в хлороформе было отмыто с метанолом и перерастворено в 500
мкл смеси 2-диметилбутанола-1 и хлороформа (соотношение 9:1). Далее раствор
нанокристаллов в смеси 2-диметилбутанол-1/хлороформ и водный раствор ДНК нагревались
до температуры плавления ДНК и смешивались в соотношении 1:1. Предварительный нагрев
был необходим для перевода ДНК в одноцепочечную форму, в которой молекулы ДНК
способны к связыванию с нанокристаллами. Температура плавления ДНК была определена
из графика зависимости поглощения от температуры при фиксированной длине волны,
соответствующей максимуму поглощения молекул ДНК, как температура, соответствующая
резкому увеличению коэффициента поглощения раствора ДНК, и равна около 72 °C. Далее
смесь нанокристаллов и молекул ДНК перемешивалась в течение 30 минут при температуре
плавления ДНК. После полного разделения фаз водная фаза была отделена для дальнейшего
анализа. Для регистрации спектров поглощения и кругового дихроизма (КД) использовался
спектрометр КД Jasco J-1500.
В ходе выполнения данной работы были зарегистрированы спектры поглощения и КД
для образцов нанокристаллов CdSe/CdS после отмывки и перерастворения в смеси 2диметилбутанол-1/хлороформ. Длина волны экситонной полосы поглощения оболочки CdS
приходилась на 470 нм, КД сигнал отсутствовал. Исходные спектр поглощения и КД водного
раствора ДНК показал, что в области максимума поглощения ДНК на длине волны 249 нм
наблюдается КД сигнал. На спектре поглощения водной фазы смеси нанокристаллов и ДНК
после смешивания видно наложение полос, соответствующих спектрам поглощения
нанокристаллов и ДНК, а на спектре КД наблюдается КД сигнал в области поглощения
нанокристаллов, что свидетельствует о возникновении индуцированной оптической
активности нанокристаллов и формировании комплексов нанокристалл-ДНК.
В результате выполнения данной работы были получены комплексы хиральных
нанокристаллов с молекулами ДНК. Успешное формирование комплексов было
подтверждено спектрами кругового дихроизма и поглощения. В результате формирования
комплексов с хиральными молекулами ДНК у нанокристаллов возникла индуцированная
оптическая активность, что подтверждается наличием КД сигнала в области длин волн,
соответствующих поглощению нанокристаллов. Развитие техники формирования
комплексов хиральных нанокристаллов с ДНК открывает возможности использования
техники ДНК оригами для получения наноструктур с большой оптической активностью.
Использованная литература:
1. Booth, T. D., Wahnon, D., Wainer, I. W. Chirality. 1997. Т. 9. С. 96-98.
2. Mukhina M.V. и др. Nano Lett. 2015. Т. 15. С. 2844–2851.
3. Gallagher S.A. и др. J. Mater. Chem. 2010. Т. 20. С. 8350–8355.
4. Tohgha U. и др. ACS nano. 2013. Т. 7. С. 11094–11102.
5. Ye Tian и др. Nat Nanotechnol. 2015. Т. 10(7). С. 637-44.