Binding of native DNA to MoS2 nanoflakes: The role of defects and edge atoms of MoS2 nanostructures in their biofunctionalization

Анотація

Досліджено зв’язування нативної ДНК з нанопластинками (ПЛ) MoS₂ за допомогою абсорбційної спектроскопії, методу термічної денатурації, просвічувальної електронної мікроскопії (ТЕМ), температурно-залежного динамічного розсіювання світла (DLS) та розрахункового методу DFT. Аналіз експериментальних даних: зображення TEM та вимірювання термічної денатурації показали зв’язування біополімеру з MoS₂ ПЛ. Збільшення температури плавлення ДНК та зменшення гіперхромного коефіцієнта при зв’язуванні з MoS₂ ПЛ вказує на утворення нанозбірок ДНК:MoS₂ ПЛ, що зумовлено, головним чином, ковалентною взаємодією атомів кисню фосфатних груп ДНК з MoS₂ ПЛ. Розглянуто та розраховано можливі комплекси нуклеотидного фрагмента (рибози та фосфатної групи) з наношаром MoS₂ за допомогою методу DFT. Оптимізовано різні структури цих комплексів та визначено енергії взаємодії між компонентами. Особлива увага в розрахунках зосереджена на зв’язуванні цього нуклеотидного фрагмента з атомами Mo, розташованими на краю наношару MoS₂, та з точковими структурними дефектами на поверхні MoS₂, що містять вакансію на місті атомів S. На основі проведеного розрахунку та експериментальних спостережень запропоновано механізм зв’язування нативної ДНК з MoS₂ ПЛ, в якому їх взаємодія починається з точкових контактів фосфатних груп ДНК з атомами Mo (на краю або/та в дефектах) через утворення міцного координаційного зв’язку. Результати вказують на критичну роль дефектів та крайових атомів MoS₂ ПЛ в біофункціоналізації цього матеріалу.