Иммобилизация глюкозооксидазы на сетку одностенных углеродных нанотрубок

When elaborating the biosensor based on single-walled carbon nanotubes (SWNTs), it is necessary to solve such an important problem as the immobilization of a target biomolecule on the nanotube surface. In this work, the enzyme (glucose oxidase (GOX)) was immobilized on the surface of a nanotube network, which was created by the deposition of nanotubes from their solution in 1,2-dichlorobenzene by the spray method. 1-Pyrenebutanoic acid succinimide ester (PSE) was used to form the molecular interface, the bifunctional molecule of which provides the covalent binding with the enzyme shell, and its other part (pyrene) is adsorbed onto the nanotube surface. First, the usage of such a molecular interface leaves out the direct adsorption of the enzyme (in this case, its activity decreases) onto the nanotube surface, and, second, it ensures the enzyme localization near the nanotube. The comparison of the resonance Raman (RR) spectrum of pristine nanotubes with their spectrum in the PSE environment evidences the creation of a nanohybrid formed by an SWNT with a PSE molecule which provides the further enzyme immobilization. As the RR spectrum of an SWNT:PSE:GOX film does not essentially differ from that of SWNT:PSE ones, this indicates that the molecular interface (PSE) isolates the enzyme from nanotubes strongly enough. The efficient immobilization of GOX along the carbon nanotubes due to PSE is confirmed with atomic force microscopy images. The method of molecular dynamics allowed us to establish the structures of SWNT:PSE:GOX created in the aqueous environment and to determine the interaction energy between hybrid components. In addition, the conductivity of the SWNT network with adsorbed PSE and GOX molecules is studied. The adsorption of PSE molecules onto the SWNT network causes a decrease of the conductivity, which can be explained by the appearance of scattering centers for charge carriers on the nanotube surface, which are created by PSE moleculesПри створеннi бiологiчних сенсорiв з використанням одностiнних вуглецевих нанотрубок (ОВНТ) треба вирiшити таку важливу проблему, як iммобiлiзацiя молекули, яка повинна розпiзнати мiшень, на поверхнi нанотрубок. В данiй роботi проведена iммобiлiзацiя ферменту глюкозооксидаза (ГОК) на поверхню сiтки нанотрубок, яка була одержана шляхом осадження нанотрубок з їх розчину у дiхлорбензолi за допомогою спрей-методу. У ролi молекулярного iнтерфейсу було застосовано сукцинiмiдний ефiр 1-пiренбутанової кислоти (ПСЕ), бiфункцiональна молекула якого забезпечує хiмiчний зв’язок з оболонкою ферменту, а друга її частина (пiренова) адсорбується на поверхню нанотрубки. Використання такого молекулярного iнтерфейсу виключає, з одного боку, пряму адсорбцію ферменту на поверхню нанотрубки, яка знижує його активнiсть, а з другого, забезпечує локалiзацiю ферменту поблизу нанотрубки. Порiвняння спектрiв резонансного комбiнацiйного розсiювання свiтла (РКРС) нанотрубок з їх спектром в оточеннi ПСЕ вказує на створення наногiбриду молекулою ПСЕ з нанотрубкою, що дає пiдставу для подальшої іммобілізації ферментiв. Оскiльки спектри РКРС плiвок ОВНТ:ПСЕ:ГОК суттєво не вiдрiзняються вiд спектрiв ОВНТ:ПСЕ, то можна стверджувати, що молекулярний iнтерфейс ПСЕ достатньо мiцно iзолює фермент вiд нанотрубки. Ефективна іммобілізація ферменту ГОК поблизу вуглецевої нанотрубки завдяки ПСЕ пiдтверджується за допомогою зображень, отриманих атомно-силовим мiкроскопом. Молекулярна динамiка дозволила встановити структури отриманих нанобiогiбридiв та енергiї мiжмолекулярної взаємодiї мiж компонентами потрiйного комплексу у водному оточеннi. Було також дослiджено провiднi властивостi сiтки ОВНТ з адсорбованими молекулами ПСЕ та ГОК. Адсорбцiя молекул ПСЕ на сiтку з ОВНТ супроводжується зменшенням провiдностi, яке, скорiш за все, пов’язано з появою розсiювальних центрiв для носiїв заряду у нанотрубкахПри создании биологических сенсоров с использованием одностiнних углеродных нанотрубок (ОВНТ) нужно решить такую ​​важную проблему, как iммобiлiзацiя молекулы, которая должна распознать мишень, на поверхности нанотрубок. В данной работе проведена iммобiлiзацiя фермента глюкозооксидаза (ГОК) на поверхность сетки нанотрубок, которая была получена путем осаждения нанотрубок с их раствора в дiхлорбензолi с помощью спрей - метода. В роли молекулярного интерфейса были применены сукцинiмiдний эфир 1 - пiренбутановои кислоты (ПСЭ), бiфункцiональна молекула которого обеспечивает химический связь с оболочкой фермента, а вторая ее часть (пiренова) адсорбируется на поверхность нанотрубки. Использование такого молекулярного интерфейса исключает, с одной стороны, прямую адсорбцию фермента на поверхность нанотрубки, которая снижает его активность, а с другой, обеспечивает локализацию фермента вблизи нанотрубки. Сравнение спектров резонансного комбiнацiйного рассеяния света (РКРС) нанотрубок с их спектром в окружении ПСЭ указывает на создание наногiбриду молекулой ПСЭ с нанотрубку, что дает основание для дальнейшей иммобилизации ферментов. Поскольку спектры РКРС пленок ОВНТ:ПСЭ:ГОК существенно не отличаются от спектров ОВНТ:ПСЭ, то можно утверждать, что молекулярный интерфейс ПСЭ достаточно крепко iзолюе фермент от нанотрубки. Эффективная иммобилизация фермента ГОК вблизи углеродной нанотрубки благодаря ПСЭ подтверждается с помощью изображений, полученных атомно - силовым микроскопом. Молекулярная динамика позволила установить структуры полученных нанобiогiбридiв и энергии мiжмолекулярнои взаимодействия между компонентами тройного комплекса в водном окружении. Было также исследовано ведущие свойства сетки ОВНТ с адсорбированными молекулами ПСЭ и ГОК. Адсорбции молекул ПСЭ на сетку с ОВНТ сопровождается уменьшением проводимости, которое, скорее всего, связано с появлением розсiювальних центров для носителей заряда в нанотрубка

Adsorption of poly(rA) in duplex (A-motif) conformation on graphene oxide: spectroscopy and AFM study

The conformational diversity of nucleic acid structures, including the ability to self-assemble, such as an i/A-motif, significantly expands the horizon of possible applications of their hybrids with nanomaterials. In this work, the adsorption of polyriboadenylic acid (poly(rA) in the duplex (A-motif) conformation (at pH5) on graphene oxide (GO) was studied by UV absorption spectroscopy, thermal differential absorption spectroscopy, and atomic force microscopy. A new band with a maximum near 264 nm was revealed in the difference spectra of A-motif when GO was added to the solution. The appearance of this band is explained by the partial unzipping of the duplex and the disordering of stacked nitrogenous bases at adsorption on GO. Spectral changes in time show that the adsorption of a relatively long A-motif on GO takes a significant time (hours). Experiments with temperature heating (20→90 0C) of the A-motif adsorbed on GO showed that, upon adsorption its melting temperature and hyperchromic coefficient decrease, which indicates an imperfect duplex structure of the A-motif that is destabilized by GO. Possible physical reasons for the A-motif strong destabilization are discussed

Adsorption of Polyadenylic acid on graphene oxide: experiments and computer modeling

In this work, we study the adsorption of poly(rA) on graphene oxide (GO) using AFM and UV absorption spectroscopies. A transformation of the homopolynucleotide structure on the GO surface is observed. It is found that an energetically favorable conformation of poly(rA) on GO is achieved after a considerable amount of time (days). It is revealed that GO can induce formation of self-structures of single-stranded poly(rA) including a duplex at pH 7. The phenomenon is analyzed by polymer melting measurements and observed by AFM. Details of the noncovalent interaction of poly(rA) with graphene are also investigated using molecular dynamics simulations. The adsorption of (rA)10 oligonucleotide on graphene is compared with the graphene adsorption of (rC)10. DFT calculations are used to determine equilibrium structures and the corresponding interaction energies of the adenine-GO complexes with different numbers of the oxygen-containing groups. The IR intensities and vibrational frequencies of free and adsorbed adenines on the GO surface are calculated. The obtained spectral transformations are caused by the interaction of adenine with GO

XPS study of ammonia-exposed C₆₀ films both original and photopolymerized

Surface of C₆₀ films (original and photopolymerized with UV radiation) exposed to ammonia at different pressure was investigated by the method of X-ray photoelectron spectroscopy. Effect of X-ray stimulated interaction between films and adsorbed water, which resulted in bonds like C-O-H and enhanced by ammonia was detected. It was shown that ammonia unreacted chemically with C₆₀ films, both original and photo-polymerized.Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследована поверхность фуллереновых пленок (не полимеризованных и полимеризованных с помощью ультрафиолетового облучения), выдержанных в аммиаке при различных давлениях газа. Обнаружен эффект взаимодействия пленок с адсорбированной водой с образованием связей типа C-O-H, который стимулируется рентгеновским облучением и ускоряется аммиаком. Показано, что аммиак не взаимодействует химически с фуллереновой пленкой как полимеризованной, так и не полимеризованной.Методом рентгенівської фотоелектронної спектроскопії досліджено поверхню фуле-ренових плівок (не полімеризованих і полімеризованих за допомогою ультрафіолетового опромінення), витриманих в аміаку при різних тисках газу. Виявлено ефект взаємодії плівок з адсорбованою водою з утворенням зв’язків типу C-O-H, що стимулюється рентгенівським опроміненням і прискорюється аміаком. Показано, що аміак не взаємодіє хімічно з фулереновою плівкою як полімеризованою так і не полімеризо-ваною

Binding of Polycitydylic Acid to Graphene Oxide: Spectroscopic Study and Computer Modeling

Hybridization of nucleic acids with graphene nanomaterials is of great interest due to its potential application in genosensing and nanomedicine. In this work we study the interaction between polyribocytidylic acid (poly(rC)) and graphene oxide (GO). The study involves comparing the UV absorption spectra of the free polymer and the polymer bonded to graphene oxide and analyzing the vibrational structure of the systems and their components using FTIR spectroscopy. Spectral shifts of the electronic and vibrational bands of the poly(rC) and changes of their thermostability due to the adsorption on GO are observed. Molecular dynamics simulation of the adsorption process of the r(C)10 and r(C)30 oligomers on graphene demonstrates their disordering due to the π-π stacking of cytosine on graphene and shows that the longer oligomer adsorbs slower. The binding energies of a single cytosine stacked with graphene in water and in vacuum were determined. The calculated IR lines of the stacked cytosine with graphene are red shifted by up to 20 cm-1 compared to free cytosine. A strong decrease of the intensities of the cytosine vibrations in the 1800-1400 cm-1 range resulting from the interaction with graphene is revealed in the spectra. When cytosine is adsorbed to graphene oxide, their complex is additionally stabilized by H-bonding. It leads to an increase of the red shifting of the cytosine lines