DNA/粘土界面反应特征探究

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本文作者：吴平霄唐旖旎作者单位：华南理工大学

HTDM-MMT的NaOAc解吸率为41.1%，Fe/Al-MMT的NaH2PO4的解吸率占总解吸率的50%。解吸结果表明，经有机HTDMA改性后，dna的吸附主要通过静电引力作用。DNA分子中磷酸基团通过配位交换、氢键和静电引力的作用吸附于无机Fe/Al-MMT和SDS-MMT内外表面。蒙脱石表面聚羟基Fe/Al和SDS存在显著增强了DNA的吸附强度。实验结果表明，结构、电负性及表面性质是影响不同改性蒙脱石吸附DNA分子的关键因素。

DNA与阴离子粘土除吸附作用外，主要是层间插层反应。XRD和FTIR结果显示，LDH层间距由原始0.76nm扩大到2.3nm，DNA的红外特征峰在复合中均出现DNA-LDH复合体上出现了DNA分子中骨架和碱基上的C=O(1534cm-1和1488cm-1)，C–O伸缩振动峰（1228cm-1），P–O对称伸缩振动（1096cm-1），说明DNA已通过离子交换插入LDH的层间。然而DNA分子并没有完全交换出LDH层中NO3-（DNA部分嵌入），未交换到层间的DNA分子通过吸附作用固定于LDH表面上。带负电的DNA长链通过离子交换法插入到LDH层板中，由DNA直径和晶胞参数计算得出，插入的DNA分子每个负电荷需要3.4nm2的面积，而LDH单位电荷等效面积仅为2.49nm2，因而插入部分DNA长链在LDH层间受到层板挤压而弯曲。同时，溶液中离子化的DNA分子并没有完全交换出LDH层中NO3-，而是部分长链的插层，并对结构产生了一定的影响。其结构的影响表现在，大量丝状DNA围绕在LDH片层周围，而部分DNA长链进入LDH层间，使六边形结构发生一定变形。弯曲的长链的电荷分布是插入有限的层间的控制关键。在80℃，pH=7.3条件下，DNA分子会发生部分离子化，DNA碱基中的氨基基团脱去质子，使DNA分子带负电荷，DNA长链进入到LDH层间且在其表面也有一定吸附。

此外，在DNA与阴离子粘土作用研究中，成功地制备了DNA-LDH纳米复合体，探讨在重金属Cd2+、Pb2+作用下，LDH对DNA的保护机制，以期为LDH在基因载体材料上的应用提供理论依据。研究表明，层间弯曲的DNA分子受到层板保护而不受Cd2+、Pb2+影响，而表面的DNA分子是由于溶液中的Cd2+、Pb2+被固定而受到的保护。

用循环伏安法测定的Cd2+、Pb2+与DNA及DNA-LDH复合体反应的循环伏安曲线如图3所示，DNA溶液中也有两个明显的不可逆的还原峰，这是DNA碱基的电化学还原峰。加入Cd2+溶液200μg/mL后，发现只有一个还原峰，峰电流明显下降。说明加入Cd2+后，Cd2+与DNA形成了一种电惰性化合物，致使阴极峰电流下降。加入Pb2+溶液200μg/mL后，由于其对腺嘌呤A和胞嘧啶C的还原，在阴极上会产生一个明显的凹陷。而DNA-LDH复合体中的DNA还原峰与原始DNA保持一致，两个还原峰出现在EP=-1.2mV和EP=-2.4mV位置，也没有产生阴极凹陷。这表明当DNA固定在LDH上时，Cd2+、Pb2+就不能插入DNA沟槽之中，与碱基或其它基团的发生缔合作用。研究结果表明，一方面，LDH吸附溶液中的Cd2+、Pb2+于外表面上从而固定Cd2+、Pb2+，另一方面，LDH层板为DNA提供了保护空间，阻止Cd2+、Pb2+进入层间域与DNA作用从而保护DNA分子。