18
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék DNS indukált autokatalitikus DNS indukált autokatalitikus rézleválasztás rézleválasztás Jágerszki Gyula Témavezetők: Dr. Tóth Klára Dr. Gyurcsányi E. Róbert

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék. DNS indukált autokatalitikus rézleválasztás. Jágerszki Gyula. Témavezetők: Dr. Tóth Klára Dr. Gyurcsányi E. Róbert. immobilizált ssDNS felismerő molekula. meghatározandó analát - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

DNS indukált autokatalitikus DNS indukált autokatalitikus rézleválasztásrézleválasztás

Jágerszki Gyula

Témavezetők: Dr. Tóth Klára Dr. Gyurcsányi E. Róbert

Page 2: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

immobilizált ssDNS felismerő molekula

meghatározandó analát

ssDNS

Jelölt ssDNS analitikai jel

Page 3: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

réz nanohuzal AFM felvétele

IEEE Transactions of Nanotechnology, Vol. 5. No. 2., 2006

SEM felvételek

Arany nanohuzal

Ezüst nanohuzal

Nano Lett., 4, 2, 323 - 326, 2004

Nanovezetékek előállítása metallizációvalNanovezetékek előállítása metallizációval

Page 4: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Nehéz fémionok kötődése DNS szálakhozNehéz fémionok kötődése DNS szálakhoz

P

O

O O

N

NN

NO

H

HO

H

OP

O

O

O

NH H

M

N

NHH

N O

R

M

O

H

HO

H

OP

O

O

O

P

O

O O

R

M

P

O

O O

N

N

NO

H

HO

H

OP

O

O

O

N

OM

Anal.Chem. 2005, Vol.77, p5678-p5685

Citozin AdeninGuanin

Page 5: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

S S

Cu2+ Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+Cu2+

merkaptohexanol

immobilizált ssDNS

levált réz nanoészecskék

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+adszorbeált

réz ionokRézionok

Redukáló szer

/ Cu(NO3)2 /

/ Aszkorbinsav /

DNS metallizációDNS metallizáció

Page 6: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

DNS metallizáció analitikai felhasználása DNS metallizáció analitikai felhasználása

Feltétele: a szelektív fém leválasztás Feltétele: a szelektív fém leválasztás

A nagy érzékenységet az autokatalitikus rézleválasztás biztosítjaA nagy érzékenységet az autokatalitikus rézleválasztás biztosítja

A, Két lépésben

1. DNS által komplexált fémionok redukciója

2. A kialakult fém magok által indukált fém leválás az autokatalitikus folyamat során

B, Egy lépésben

Az autokatalitikus oldatban lévő szabad fém ionokat komplexálja a DNS molekula, majd komplexált fém ionok redukciója után megtörténik az autokatalitikus rézleválás

Page 7: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

OBázis

O

PO O

OO

Bázis

O

PO O

OOBázis

O

PO O

O

NH

N

Bázis

O

ONH

N

Bázis

O

O NH

N

Bázis

O

O

5'

3'

DNS

Analát

Dezoxiribóz foszfátészter váz

Peptid-nukleinsav

N-(2-aminoetil)glicin váz

PNS

Felismerő molekula

Page 8: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Autokatalitikus rézleválasztásAutokatalitikus rézleválasztás

Leválasztó oldat komponensei:

1. Réz forrás: Cu(NO3)2, CuSO4, CuCl2

2. Redukáló szer: formaldehid, dimetil-amin-borán, NaBH4

3. Komplexképző: EDTA, tartarát, citrát

4. Stabilizátor: borsav

5. ( Puffer ) : tartarát, citrát

422

02 EDTAHCOO2HOH2CuOH4HCHO2EDTACu

Ing. Eng. Chem. Res, 1997, 36, 1632-1636

Page 9: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

A felület kémiai funkcionalitásának hatása a réz A felület kémiai funkcionalitásának hatása a réz leválasztásraleválasztásra

MHT MCH

HEG MUA

MCH Au

MHT MUA

MHT: 1-merkaptohexadekán

MCH: 1-merkapto-6-hexanol

HEG: 1-merkaptoundekán-hexaetilén-glikol

MUA: merkaptoundekánsav

Rézleválasztó oldat: CuSO4, formaldehid, Na-K-tartarát, NaOH, pH=12

Page 10: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Rézleválasztás közel semleges Rézleválasztás közel semleges pH-ánpH-án

0,05 M CuCl2

0,06 M dimetil-amin-borán

0,10 M H3BO3

0,10 M Trinátrium-citrát

pH=7.3 (0,1 M NaOH-dal beállítva)

A leválasztott réz mennyiségének meghatározása

Voltammetriás módszerrel

Körülmények: 0,1 M citrát puffer pH=5,0

E: -0,3 - 0,8 V / (AgAgCl3 M KCl )

: 5 mV/s

-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8-1x10-5

0

1x10-5

2x10-5

3x10-5

4x10-5

5x10-5

6x10-5

7x10-5

8x10-5

I, A

E, V

DNS13 MCH

Page 11: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

adszorbeált Ru3+

immobilizált DNS

Ru

Ru

Ru

Ru

nFAΓ0

Qdl0,00E+00

2,50E-07

5,00E-07

7,50E-07

1,00E-06

1,25E-06

1,50E-06

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

idő0,5 [min0,5]

tölté

s [C

]

15min DNS módosítás, 0µM Ru120min DNS módosítás, 0µM Ru15min DNS módosítás, 50µM Ru120min DNS módosítás, 50µM Ru

kronocoulombmetriás eljárás

oDNS )m/z(

0dl2/1

2/1

*0

2/10 nFAQt

CnFAD2Q

Anal.Chem., 1998, Vol.70, p4670-4677

Immobilizált DNS felületi Immobilizált DNS felületi borítottságának meghatározásaborítottságának meghatározása

Page 12: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

10 20 30 40

5.6x10-11

5.8x10-11

6.0x10-11

6.2x10-11

6.4x10-11

6.6x10-11

6.8x10-11

7.0x10-11

B, m

ol/c

m2

modosítási idõ, perc

10 20 30 402.0x10-4

2.5x10-4

3.0x10-4

3.5x10-4

4.0x10-4

4.5x10-4

Q, C

modosítási idõ, perc

DNS borítottság Ru ionok adszorpciójának mértékéből meghatározva

A levált réz vissza oldásához szükséges töltés mennyiség

A levált réz réteg vastagsága Q=10-4 C töltés esetén:

n=Q/(z*F)=5,2*10-9 mol m=3,3*10-7 g

Elektród (d=2 mm) felülete: A=3,14*10-2 cm2, ρréz=8,96 g/cm3

l=11,7 nm

A DNS borítottság hatása azonos A DNS borítottság hatása azonos körülmények között leválasztott réz körülmények között leválasztott réz

mennyiségéremennyiségére

DNS: 5’- HS-TTGACCAACAAGA-3’

Page 13: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Aktív felület nagyságának Aktív felület nagyságának meghatározásameghatározása

• ciklikus voltammetria (CV)

• 1M-os perklórsavban

• 0,2V-1,8V potenciáltartomány

• 100mV/s pásztázási sebesség

-1.0E-04

-7.5E-05

-5.0E-05

-2.5E-05

0.0E+00

2.5E-05

5.0E-05

7.5E-05

1.0E-04

0 0.5 1 1.5 2

feszültség [V]

ára

m [A

]

Electroanalytical Chem. and Interfacial El. 1975. (55) 429-443

Polikristályos aranynál: 0,38 mC/cm2

Page 14: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

elektródok

Perisztaltikus pumpa

Rézleválasztás nitrogén Rézleválasztás nitrogén atmoszférábanatmoszférában

oldat

N2

YOxigén mentesített

oldatok

OH3HCOOOCuHCHOOH5Cu2 222

Page 15: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

MCH MHT MUA HEG ciszteamin0.0

5.0x10-5

1.0x10-4

1.5x10-4

2.0x10-4

2.5x10-4

Q, C

Eltérő végfunkcionalitású tiolokkal Eltérő végfunkcionalitású tiolokkal módosított arany elektródokon levált réz módosított arany elektródokon levált réz

mennyiségekmennyiségek

MHT: 1-merkaptohexadekán

MCH: 1-merkapto-6-hexanol

HEG: 1merkaptoundekán-hexaetilén-glikol

MUA: merkaptoundekánsav

Rézleválasztó oldat pH=7,3

Page 16: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Eltérő bázis számú DNS-sel módosított Eltérő bázis számú DNS-sel módosított elektródokon levált réz mennyisége.elektródokon levált réz mennyisége.

DNS27 DNS81 DNS13 MCH MCH0

1x10-10

2x10-10

3x10-10

4x10-10

5x10-10

6x10-10

7x10-10

8x10-10

n Cu, m

ol

Cu(NO3)2 aszkorbinsav

Autokatalitikus leválasztó

oldat

Page 17: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

Réz leválás PNS-DNS rendszerbenRéz leválás PNS-DNS rendszerben

PNS DNS PNS MH+DNS+VL MH+PNS+VL0.0

2.0x10-4

4.0x10-4

6.0x10-4

8.0x10-4

1.0x10-3

1.2x10-3

1.4x10-3

1.6x10-3

1.8x10-3Q

, C

modosítás tipusa

PNS: PNS és MCH módosított

DNS: DNS és MCH módosított

MH+DNS+VL: DNS-sel módosított és 81 bázis számú komplementer DNS-sel hibridizált

MH+PNS+VL: PNS-sel módosított és 81 bázis számú komplementer DNS-sel hibridizált

Page 18: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék

1. Független mérési eljárással ellenőrizni a rézleválás mértékét (kvarckristály mikromérleg)

2. Más hordozó felületek alkalmazása (üveg, polimer membránok)

3. PNS-DNS, protein-aptamer rendszerek vizsgálata

További feladatokTovábbi feladatok