Оренбургский государственный университет

Пленочные структуры на основе ДНК как перспективные объекты молекулярной электроники

Получены образцы пленок краситель-ДНК оптического качества. Это дает возможность применять оптические (абсорбционные, голографические) методы для исследования их свойств. Молекулы акридиновых красителей в таких пленках могут быть интеркалированы в двойную спираль ДНК или фиксироваться на ее внешней части. Акридиновые красители, в частности акридиновый оранжевый (АО), являются биологически активными соединениями, демонстрирующими мутагенную активность и фотодинамическое действие. Такие эффекты возможны благодаря связыванию молекул акридиновых красителей с ДНК. Обладая высоким квантовым выходом флуоресценции, акридиновые красители также широко используются в биологии в качестве молекулярных люминесцентных зондов. Исследование спектров поглощения пленок в ИК и видимой области показало, что при комнатной влажности пленки ДНК частично денатурированы, а при относительной влажности порядка 95% ДНК в пленках имеет форму двойной спирали. Даже при низких концентрациях АО в водных растворах ДНК, полная интеркаляция красителя в двойную спираль не происходит - часть молекул красителя существует в виде димеров. При формировании из раствора биополимерной пленки ДНК-АО степень димеризации красителя возрастает в сравнении с водными растворами ДНК-АО.

Разработаны методы стационарной и кинетической флуоресцентной диагностики ранней стадии патологий биологических тканей. Решен ряд задач, включающих в себя:

• поиск и изучение спектрально-люминесцентных свойств естественных флуоресцентных зондов,
• выбор и оптимизацию параметров внешнего излучения для возбуждения люминесценции в исследуемых биотканях,
• синтез органических наноструктур (ассоциатов или агрегатов молекул люминофоров и т.п.) в биотканях с целью создания флуоресцирующих зондов с заданными свойствами.

Отработаны методы пробоподготовки биологических материалов, проведены измерения спектров люминесценции изъятых тканей без и в присутствии органических красителей. Для возбуждения хромофоров использовались импульсные и непрерывные лазеры, линии генерации которых попадают в полосы поглощения выбранных зондов-люминофоров. Контроль связывания, топографии и состава структур, сформированных в результате взаимодействия биообъектов и люминофоров, осуществляется оптическими и микроскопическими методами (атомно-силовая, туннельная и электронная микроскопии).

Работа посвящена развитию и практическому применению методов зондовой микроскопии для исследования структуры и свойств ряда систем, представляющих интерес для исследований в области экологии и биотехнологии, молекулярной биологии. Особое внимание в работе уделяется методическим аспектам, заключающимся в разработке эффективной методики визуализации рассматриваемых систем и выработке вычислительной стратегии для количественной оценки их основных параметров. Для отработки методики визуализации биотехнологических объектов методом СЗМ в работе использовали плазмидную ДНК, непатогенные бактерии, культуры клеток животных и ряд модельных структур, имеющих важное значение для нужд биотехнологии.

Проведены работы по установке, сборке, наладке и запуску в эксплуатацию экспериментального стенда для реализации методик контроля природных биомолекулярных систем и объектов биотехнологий для экологического мониторинга окружающей среды.

Выполнены эксперименты по путям реализации методики контроля биомолекулярных систем и объектов биотехнологий, отработана последовательность проведения измерений в методике контроля биомолекулярных систем и объектов биотехнологий, составлено подробное описание последовательности проведения измерений в методике контроля биомолекулярных систем и объектов биотехнологий.