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Effect of Octadecylamine Surfactant on DNA Interactions with Graphene Surfaces.
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-01-22 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02926 Ho Shin Kim 1 , Nathanael A Brown 1 , Stefan Zauscher 2 , Yaroslava G Yingling 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2020-01-22 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b02926 Ho Shin Kim 1 , Nathanael A Brown 1 , Stefan Zauscher 2 , Yaroslava G Yingling 1
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Understanding of how to integrate DNA molecules with graphene materials is important for the development of biosensors and biomolecular logic circuits. For some of these applications, controlling DNA structural conformation on the graphene substrate is critically important and can be achieved through the use of self-assembled monolayers. Here, we performed all-atom molecular dynamics simulations to understand how various 1-octadecylamine (ODA) coatings of the graphene surface affect the conformation of double-stranded DNA (dsDNA) on the surface. The simulation results demonstrated that dsDNA structures become more stable as ODA concentration increases due to the formation of DNA-ODA hydrogen bonds and reduction of DNA-surface interactions, which aid in retaining internal DNA interactions. Specifically, the interaction of ODA molecules with DNA prevents nucleobases from forming π-π stacking interactions with the surface. Some dsDNA conformations, such as sharp kinks or unwinding, can occur more frequently in DNA with A-T sequences due to weaker pairing interactions than with G-C sequences. Furthermore, our results conclude that both DNA sequence and ODA concentration play an essential role in experimentally observed conformational changes of DNA on the graphene surface.
中文翻译：
十八胺表面活性剂对DNA与石墨烯表面相互作用的影响。
理解如何将DNA分子与石墨烯材料整合在一起对于生物传感器和生物分子逻辑电路的开发非常重要。对于这些应用中的某些应用，控制石墨烯基材上的DNA结构构象至关重要，可以通过使用自组装单层膜来实现。在这里，我们进行了全原子分子动力学模拟，以了解石墨烯表面的各种1-octadecylamine（ODA）涂层如何影响表面上双链DNA（dsDNA）的构象。模拟结果表明，由于DNA-ODA氢键的形成和DNA表面相互作用的减少，ODA浓度增加，dsDNA结构变得更加稳定，这有助于保留内部DNA相互作用。特别，ODA分子与DNA的相互作用可防止核碱基与表面形成π-π堆积相互作用。某些dsDNA构象，例如尖结或解链，由于与DNA序列相比弱的配对相互作用，在具有AT序列的DNA中会更频繁地发生。此外，我们的结果得出结论，DNA序列和ODA浓度在石墨烯表面上实验观察到的DNA构象变化中都起着至关重要的作用。
更新日期：2020-01-23
中文翻译：
十八胺表面活性剂对DNA与石墨烯表面相互作用的影响。
理解如何将DNA分子与石墨烯材料整合在一起对于生物传感器和生物分子逻辑电路的开发非常重要。对于这些应用中的某些应用，控制石墨烯基材上的DNA结构构象至关重要，可以通过使用自组装单层膜来实现。在这里，我们进行了全原子分子动力学模拟，以了解石墨烯表面的各种1-octadecylamine（ODA）涂层如何影响表面上双链DNA（dsDNA）的构象。模拟结果表明，由于DNA-ODA氢键的形成和DNA表面相互作用的减少，ODA浓度增加，dsDNA结构变得更加稳定，这有助于保留内部DNA相互作用。特别，ODA分子与DNA的相互作用可防止核碱基与表面形成π-π堆积相互作用。某些dsDNA构象，例如尖结或解链，由于与DNA序列相比弱的配对相互作用，在具有AT序列的DNA中会更频繁地发生。此外，我们的结果得出结论，DNA序列和ODA浓度在石墨烯表面上实验观察到的DNA构象变化中都起着至关重要的作用。
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