上海應物所等在DNA雙螺旋結構介導的電荷傳遞方面獲進展

　　電荷如何沿著DNA雙螺旋結構傳遞是引起廣泛關注和爭議的問題，它對于生物電子學的發展具有重要意義，并預示著通過DNA構建分子電路的前景。

　　近期，中國科學院上海應用物理所物理生物學實驗室通過與美國亞利桑那州立大學和上海微系統與信息技術研究所傳感技術聯合國家實驗室合作，發展了一種固定在金電極表面的三維DNA納米結構框架，為DNA雙螺旋結構介導的界面電荷耦合傳遞提供了新的證據。

　　研究DNA雙螺旋結構介導的界面電荷傳遞的關鍵技術是獲得一個有序的界面DNA單分子層。然而，通過巰基修飾的雙鏈DNA在金表面自組裝這一常規技術很難保證獲得一個理想的單分子層。之前的研究表明，致密的DNA單分子層內存在著DNA鏈之間的纏繞和局域聚集;而稀疏的DNA單分子層則容易發生DNA鏈的彎曲倒伏，不能保證組裝的DNA雙鏈能夠有序站立在金表面。因此，盡管已有多項工作獲得了DNA雙螺旋結構介導界面電荷耦合傳遞的初步證據，DNA單分子層內的無序性仍然給這些工作的結論帶來了不確定性。

　　為了解決這一矛盾，在樊春海研究員和顏顥教授的指導下，魯娜和裴昊博士等科研人員利用實驗室發展的界面三維DNA納米結構框架這一獨特體系，對電荷傳遞進行了研究。之前的研究表明，DNA四面體結構具有很好的機械剛性和結構穩定性，通過底部三個頂點的修飾巰基可以牢固錨定在金電極表面，形成有序的界面單分子層(Adv. Mater., 2010, 22, 4754)，且其框架結構限定了DNA雙鏈與電極表面的取向，克服了常規DNA單分子層研究中存在的局域聚集和彎曲倒伏等問題，為DNA單分子層的電荷傳遞研究提供了新的研究方法。

　　該研究表明，當嵌入型的亞甲基藍(MB)分子修飾在DNA鏈上后，可以插入到DNA雙鏈內，并與DNA雙鏈間堿基堆積的大π鍵有效耦合，電荷傳遞的速率不受DNA雙鏈長度的影響。相反，當使用非嵌入型的氧化還原探針分子二茂鐵時，由于其不能插入DNA雙鏈，電荷傳遞速率與其和金電極之間的距離相關，即距離越大，電荷傳遞速率越慢。

　　這一基于界面三維DNA納米結構框架的研究，一方面為DNA雙螺旋結構介導的界面電荷傳遞提供了直接的證據，另一方面也為基于DNA分子的納電子器件和生物傳感器提供了一個良好的平臺。

　　相關研究論文于近日發表在國際權威學術雜志《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134,13148)上。

　　固定在金電極表面的三維DNA納米結構框架