Gold nanoparticles and their conjugates with functional DNAs

Abstract

Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) может связываться с поверхностью золотых наночастиц. Известно несколько механизмов образования конъюгата золотых наночастиц с ДНК. Один из них – адсорбция путем образования ковалентной связи между модифицированной концевой группой ДНК и атомом золота. Модификация в данном случае - присоединение к концевой группе соединений, содержащих атомы серы. Немодифицированная молекула ДНК также может адсорбироваться на поверхность золотых наночастиц, образуя нековалентную связь между золотом и азотистым основанием. Адениновые нуклеотиды наиболее эффективны для такого связывания.

В первой части бакалаврской работы (Главы 1-3) приведен обзор научной литературы, касающейся разных типов связывания между ДНК и золотыми наночастицами. Во второй части работы (Главы 4-5) экспериментально исследуется адсорбция полиадениновых олигонуклеотидов (т.е. коротких последовательностей ДНК, содержащих только адениновые нуклеотиды) и ДНК, имеющей функциональную часть. Интенсивность адсорбции изучается в зависимости от длины олигонуклеотидов, соотношений конъюгирующих соединений, кислотности среды, наличия других конкурирующих олигонуклеотидов.

Конъюгаты золотых наночастиц с ДНК имеют большой потенциал применения в биосенсорике, конструировании наноструктур и других областях науки. Поэтому понимание процесса связывания между ДНК и ЗНЧ становится актуальной задачей для исследования.

The molecule of deoxyribonucleic acid (DNA) can bind to the surface of gold nanoparticles. Several mechanisms of conjugate formation of gold nanoparticles with DNA are known. One of them is adsorption by forming a covalent bond between the modified DNA end group and the gold atom. Modification in this case is joining to the terminal group of compounds containing sulfur atoms. An unmodified DNA molecule can also be adsorbed onto the surface of gold nanoparticles, forming a noncovalent bond between gold and a nitrogenous base. Adenine nucleotides are most effective for such binding.

The first part of the bachelor's thesis (Chapters 1-3) provides an overview of the scientific literature concerning different types of binding between DNA and gold nanoparticles. In the second part of the report (Chapters 4-5) the adsorption of polyadenine oligonucleotides (short DNA sequences containing only adenine nucleotides) and DNA having a functional part is experimentally investigated. The intensity of adsorption is studied depending on the length of oligonucleotides, the ratios of conjugating compounds, the hydrogen index, and the presence of other competing oligonucleotides.

Conjugates of gold nanoparticles with DNA have a great potential for application in biosensorics, nanostructure design and other fields of science. Therefore, understanding the binding process between DNA and gold nanoparticles becomes an actual task for research.