ОЦЕНКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТИ ОЛИГОНУКЛЕОТИДОВ МЕТОДАМИ
СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ 

Шарипов Талгат Ишмухамедович, кандидат физико-математических наук, доцент, кафедра физической электроники и нанофизики, Башкирский государственный университет (Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32), E-mail: Sha-t@yandex.ru
Бахтизин Рауф Загидович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физической электроники и нанофизики, Башкирский государственный университет (Россия, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32), E-mail: raouf@bsunet.ru 

53.087.22 

DOI

10.21685/2072-3040-2019-1-10 

Актуальность и цели. Физико-химические свойства молекул ДНК, как двухцепочечных природных, так и одноцепочечных синтезированных (олигонуклеотиды), в настоящее время активно изучаются. Появление и развитие относительно новых методов исследования – семейства сканирующих зондовых микроскопов – способствовало активизации работ по изучению наноразмерных объектов вплоть до отдельных молекул. Очевидно, что молекулы ДНК, в том числе и олигонуклеотиды, не явились исключением. Особо интересными и значимыми являются исследования физических свойств молекулы ДНК, а именно электрической проводимости. Такие исследования активно проводятся в последние 15 лет научными группами, работающими в разных странах мира. Однако парадоксально то, что полученные ими экспериментальные данные являются весьма противоречивыми. Несмотря на то, что многие из этих ученых утверждают, что молекула ДНК – это полупроводник либо диэлектрик, существуют данные, говорящие о том, что молекулам ДНК присущи свойства проводника и даже сверхпроводника.
Материалы и методы. С помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) можно измерить вольт-амперную характеристику (ВАХ) биомолекулы. Для этого молекулу необходимо расположить между двумя электрическими контактами, одним из которых является проводящий зонд микроскопа, а другим – фрагмент поверхности подложки.
Результаты и выводы. После всех стадий приготовления образца мы перешли к идентификации молекул на поверхности золотой подложки посредством атомно-силовой микроскопии и СТМ. Затем в режиме сканирующей туннельной спектроскопии измеряли ВАХ на тех участках поверхности, где предположительно находились одиночные молекулы ДНК. Сняв измерения в нескольких точках области сканирования, мы получили усредненную ВАХ. По ВАХ определили электрическое сопротивление молекулы R = 10⁸ Ом, а затем оценили удельное сопротивление молекулы ДНК, которое оказалось примерно равным ρ = 3,14 Ом·см. 

Ключевые слова

олигонуклеотиды, сканирующая туннельная спектроскопия, поверхность, подложка, идентификация 

 Скачать статью в формате PDF

1. Manual manufacturing of oligonucleotide, DNA and protein microchips / D. Guschin, G. Yershov, A. Zaslavsky, A. Gemmell, V. Shick, D. Proudnikov, P. Arenkov, A. Mirzabekov // Anal. Biochem. – 1997. – Vol. 250. – P. 203–211.
2. Гарафу тдинов, Р. Р. Атомно-силовая микроскопия в исследовании биологических объектов: от биомолекул до живых организмов / Р. Р. Гарафутдинов, И. М. Сахаутдинов, Т. Р. Ясаков, Т. И. Шарипов // Актуальные проблемы микро и наноэлектроники : сб. тез. докладов V Всерос. науч. молодежной конф. с междунар. участием (г. Уфа, 28–31 мая 2018 г.) / отв. ред. Р. З. Бахтизин. – Уфа : РИЦ БашГУ, 2018. – C. 100.
3. AFM observations of self-assembled lambda DNA network on silanized mica / Zhanwen Xiao, Mingxiang Xu, Keisuke Sagisaka, Daisuke Fujita // Thin Solid Films. – 2003. – August. – P. 114–117.
4. Sharipov, T. I. The estimation of quantitative parameters of oligonucleotides immobilization on mica surface / T. I. Sharipov, R. Z. Bakhtizin // IOP Conf. Series : Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 195. – Р. 012002. – DOI 10.1088/1757-899X/195/1/012002
5. Новик, Н. В. Возможности применения молекулы ДНК в качестве переключающего элемента / Н. В. Новик, Ю. А. Берашевич, В. Е. Борисенко // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. – 2003. – Т. 1, № 2. – C. 20–28.
6. Porath, D. Charge Transport in DNA-based Devices / Danny Porath, Rosa Di Felice and Gianaurelio Cuniberti // Topics in Current Chemistry / ed. Gary Shuster. – 2004. – Vol. 237. – P. 183–228.
7. Conductivity of natural and modified DNA measureed by scanning tunneling microscopy. The effect of sequence, charge and stacking / I. Kratochvílová, K. Král, M. Bunček, A. Víšková, S. Nešpůrek, A. Kochalska, T. Todorciuc, M. Weiter, B. Schneider // Biophysical Chemistry. – 2008. – Vol. 138. – Р. 3–10.