Свойства ДНК и белков на поверхностях твердых тел

Руководитель направления:
к.ф.-м.н., ассистент Соколов Петр Александрович
e-mail: p.a.sokolov на spbu.ru
vk.com: psokolov
тел. +7(812) 428-43-88

Тематика научных исследований.

Применение в исследовательских целях для изучения ДНК и белков таких методов, как атомно-силовая микроскопия (АСМ), электронная микроскопия (СЭМ, ПЭМ), усиленное поверхностью Рамановское рассеяния (SERS), поверхностный плазмонный резонанс (ППР) требует как фундаментальных представлений о взаимодействии биомолекула-поверхность, так и разработки прикладных методик иммобилизации этих макромолекул на поверхностях золота, слюды, графена и полупровродников. Более того, полупроводниковый кремний является основой современной микроэлектроники, а технология ДНК-оригами считается перспективной в области создания разлиных наноустройств. Широкое распространение получили биочипы, позволяюшие диагностировать различные мутации в ДНК и белках, при создании которых так или иначе биомолекулы сопрягаются с поверхностью.

Таким образом, исследования по фиксации биомолекул на различных поверхностях, а так же исследование их свойст являются востребоваными как в научной, так и производстввенной областях.

Методы исследования.

АСМ.

AFM

АСМ

Атомно-силовая микроскопия позволяет получить данные о топографии поверхности, не разрушая при этом хрупкие биологические объекты, как это происходит при использовании электронного микроскопа. Главными преимуществами данного типа микроскопов является возможность измерения электрических и механических (таких как жесткость, например)  характеристик образцов, а так же сканирование в жидкости, что критически важно для биологических объектов.

Суть метода сводится к тому, что зонд (иголка с радиусом острия в несколько нанометров) приводится во взаимодейтсвия с поверхностью в результате чего она искривляется, — это фиксируется прибором. Так промеряется каждая точка выбранной области образца. Зависимость возмущения иголки от ее положения над образцом и создает микроснимок поверхности.

Подробнее на Википедии. 

ППР.

В основе метода лежит явление поверхностного плазмонного резона

Surface_Plasmon_Resonance_(SPR)

Принцип измерений ППР

нса. Когда луч лазера падает на золотую поверхность под определенным углом, энергия света начинает полностью поглощаться ею. Этот угол критически зависит от изменений, которые происходят на поверхности золота. К примеру, если на поверхности закреплена одна цепочка ДНК, а над повехностью прокачивается раствор, содержащий комплементарую цепочку, то процесс образования двуцепочечной ДНК можно наблюдать по изменению угла, на котором луч лазера поглащается поверхностью. Уникальность методы в том, что он обладает высокой чувствительностью и возможностью снимать кривые связывания в реальном времени, а затем определатять константы химических реакций и энергию связывания.

Подробнее на Википедии.

СЭМ.

SEM

Поверхность сканируется сфокусированным электронным пучком, который в том числе выбивает вторичные электроны с поверхности, которые собираются детектером. Зависимость тока через детектор от координаты фокусировки пучка электронов на поверхности образца формирует его микрофоторграфию. Наряду с высоким разрешением и высокой, по сравнению с АСМ, скоростью работы дает возможность получить данные о составе образца при помощи метода фотоэлектронной спектроскопии. Но в отличие от АСМ требует работы в высоком вакууме, а так же приводит к быстрой деградации образцов под воздействием пучка электронов.

Подробнее на Википедии.

SERS.

Данный метод применяется при изучении наностуктур в качестве дополнения к ближнепольному оптическому микроскопу и позволяет  получить допольную информацию о состоянии поверхности и наноструктур, которые на ней располагаются. Например, определить ориентацию молекул на поверхности.

Подробнее на Википедии.

Участники.

Соколов Петр
Базлов Николай
Николаев Дмитрий
Осолодков Михаил

Научные публикации.

  1. Charge-controlled fixation of DNA molecules on silicon surface and electro-physical properties of Au–DNA–Si interface, Applied Surface Science 2013, т. 267, стр. 224-228
  2. DNA Immobilization on n-Type Silicon Surface and Electrophysical Properties of Au/DNA/(n-Si) Structures, Protection Of Metals And Physical Chemistry Of Surfaces, 2011, т. 47, н. 5, стр. 566-571
  3. Metallization of DNA on the surface, Journal of Structural Chemistry, 2011, т. 52, н. 6, стр. 1195-1201
  4. Metallization of DNA on silicon surface, Journal of Nanoparticle Research, 2011, т. 13, н. 9, стр. 3633-3641
  5. Фиксация ДНК на поверхности кремния для создания матрицы при формировании нанопроволо, Труды МФТИ, 2011, т. 3, н. 2, стр. 43-48