DNA/粘土界面反應(yīng)特征探究

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本文作者：吳平霄唐旖旎作者單位：華南理工大學(xué)

HTDM-MMT的NaOAc解吸率為41.1%，F(xiàn)e/Al-MMT的NaH2PO4的解吸率占總解吸率的50%。解吸結(jié)果表明，經(jīng)有機(jī)HTDMA改性后，dna的吸附主要通過(guò)靜電引力作用。DNA分子中磷酸基團(tuán)通過(guò)配位交換、氫鍵和靜電引力的作用吸附于無(wú)機(jī)Fe/Al-MMT和SDS-MMT內(nèi)外表面。蒙脫石表面聚羥基Fe/Al和SDS存在顯著增強(qiáng)了DNA的吸附強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)、電負(fù)性及表面性質(zhì)是影響不同改性蒙脫石吸附DNA分子的關(guān)鍵因素。

DNA與陰離子粘土除吸附作用外，主要是層間插層反應(yīng)。XRD和FTIR結(jié)果顯示，LDH層間距由原始0.76nm擴(kuò)大到2.3nm，DNA的紅外特征峰在復(fù)合中均出現(xiàn)DNA-LDH復(fù)合體上出現(xiàn)了DNA分子中骨架和堿基上的C=O(1534cm-1和1488cm-1)，C–O伸縮振動(dòng)峰（1228cm-1），P–O對(duì)稱伸縮振動(dòng)（1096cm-1），說(shuō)明DNA已通過(guò)離子交換插入LDH的層間。然而DNA分子并沒(méi)有完全交換出LDH層中NO3-（DNA部分嵌入），未交換到層間的DNA分子通過(guò)吸附作用固定于LDH表面上。帶負(fù)電的DNA長(zhǎng)鏈通過(guò)離子交換法插入到LDH層板中，由DNA直徑和晶胞參數(shù)計(jì)算得出，插入的DNA分子每個(gè)負(fù)電荷需要3.4nm2的面積，而LDH單位電荷等效面積僅為2.49nm2，因而插入部分DNA長(zhǎng)鏈在LDH層間受到層板擠壓而彎曲。同時(shí)，溶液中離子化的DNA分子并沒(méi)有完全交換出LDH層中NO3-，而是部分長(zhǎng)鏈的插層，并對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響。其結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)在，大量絲狀DNA圍繞在LDH片層周圍，而部分DNA長(zhǎng)鏈進(jìn)入LDH層間，使六邊形結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形。彎曲的長(zhǎng)鏈的電荷分布是插入有限的層間的控制關(guān)鍵。在80℃，pH=7.3條件下，DNA分子會(huì)發(fā)生部分離子化，DNA堿基中的氨基基團(tuán)脫去質(zhì)子，使DNA分子帶負(fù)電荷，DNA長(zhǎng)鏈進(jìn)入到LDH層間且在其表面也有一定吸附。

此外，在DNA與陰離子粘土作用研究中，成功地制備了DNA-LDH納米復(fù)合體，探討在重金屬Cd2+、Pb2+作用下，LDH對(duì)DNA的保護(hù)機(jī)制，以期為L(zhǎng)DH在基因載體材料上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。研究表明，層間彎曲的DNA分子受到層板保護(hù)而不受Cd2+、Pb2+影響，而表面的DNA分子是由于溶液中的Cd2+、Pb2+被固定而受到的保護(hù)。

用循環(huán)伏安法測(cè)定的Cd2+、Pb2+與DNA及DNA-LDH復(fù)合體反應(yīng)的循環(huán)伏安曲線如圖3所示，DNA溶液中也有兩個(gè)明顯的不可逆的還原峰，這是DNA堿基的電化學(xué)還原峰。加入Cd2+溶液200μg/mL后，發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)還原峰，峰電流明顯下降。說(shuō)明加入Cd2+后，Cd2+與DNA形成了一種電惰性化合物，致使陰極峰電流下降。加入Pb2+溶液200μg/mL后，由于其對(duì)腺嘌呤A和胞嘧啶C的還原，在陰極上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明顯的凹陷。而DNA-LDH復(fù)合體中的DNA還原峰與原始DNA保持一致，兩個(gè)還原峰出現(xiàn)在EP=-1.2mV和EP=-2.4mV位置，也沒(méi)有產(chǎn)生陰極凹陷。這表明當(dāng)DNA固定在LDH上時(shí)，Cd2+、Pb2+就不能插入DNA溝槽之中，與堿基或其它基團(tuán)的發(fā)生締合作用。研究結(jié)果表明，一方面，LDH吸附溶液中的Cd2+、Pb2+于外表面上從而固定Cd2+、Pb2+，另一方面，LDH層板為DNA提供了保護(hù)空間，阻止Cd2+、Pb2+進(jìn)入層間域與DNA作用從而保護(hù)DNA分子。