DNA与氧化石墨烯界面吸附的研究进展
摘要：随着DNA技术的发展，功能性核酸越来越受到人们的青睐。一些功能性DNA，能够特异性地与金属离子、蛋白质、小分子甚至细胞结合，使得DNA在生物分析和诊断方面具有很大的潜力。氧化石墨烯表面具有大量氧化态与还原态共存的区域，在不同的理化条件（如离子浓度、温度等）下，DNA与氧化石墨烯表面氧化态区域与还原态区域的吸附亲和力会发生改变。同时含有不同碱基序列的DNA也表现出与氧化石墨烯结合的亲和力的差异。本文在基于对DNA与氧化石墨烯界面吸附的最新研究的基础上，综述了利用计算机模拟与其他实验方法研究DNA与氧化石墨烯界面吸附的研究进展。
关键词：氧化石墨烯；吸附亲和力；分子动力学；功能性DNA
1 引言
DNA由两条核苷酸链相互缠绕形成双螺旋结构，其中含氮碱基位于双螺旋结构内部，而磷酸核糖骨架位于双螺旋结构外侧。随着DNA技术的发展，功能性核酸越来越受到人们的青睐。一些功能性DNA，能够特异性地与金属离子、蛋白质、小分子甚至细胞结合，使得DNA在生物分析和诊断方面具有很大的潜力。然而，功能性DNA在应用上仍然面临许多挑战。一方面，由于缺乏信号生成分子，单独使用ssDNA进行生物传感存在局限性；另一方面，带有大量负电荷的DNA与带负电荷的细胞膜相互排斥使得DNA通常很难被细胞内吞，这限制了它们在活细胞中的应用[1]。
将DNA与氧化石墨烯（GO）结合为上述问题提供了一个解决方案。GO表面具有大量氧化态与还原态共存的区域，在不同的理化条件（如离子浓度、温度等）下，DNA与氧化石墨烯表面氧化态区域与还原态区域的吸附亲和力会发生改变。同时含有不同碱基序列的DNA也表现出与氧化石墨烯结合的亲和力的差异。本文在基于对DNA与氧化石墨烯界面吸附的最新研究的基础上，综述了利用计算机模拟与其他实验方法研究DNA与氧化石墨烯界面吸附的研究进展。
2 DNA在氧化石墨烯表面氧化态与还原态区域的吸附差异
GO表面可以形成氧化程度高的（图1中的亮区）和氧化程度低而富碳的（图1中暗区）纳米区域混合物，每个区域为几纳米[2]。氧化区域富含含氧基团（例如环氧化物，羟基，羧基和羰基）[3]。带负电荷的羧基会静电排斥带负电荷的DNA，但同时产生氢键作为主要吸引力[4]。在富含碳的区域，DNA吸附以pi;-pi;堆积和疏水相互作用为主导。因此，就相互作用力和结合位点而言，吸附在不同氧化程度的GO表面上的DNA差异很大。温度、离子浓度、DNA序列、DNA长度等因素均可影响DNA在不同氧化程度的GO表面上结合时的亲和力差异大小。
图1 DNA在不同氧化程度的氧化石墨烯表面的分布及温度对其影响
