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Methods to functionalize gold nanoparticles with tandem-phosphorothioate DNA: role of physicochemical properties of the phosphorothioate backbone in DNA adsorption to gold nanoparticles
Analytical Methods ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-07-26 , DOI: 10.1039/d3ay00960b Abbas Karami 1 , Masoumeh Hasani 1
Analytical Methods ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-07-26 , DOI: 10.1039/d3ay00960b Abbas Karami 1 , Masoumeh Hasani 1
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Perception of the differences in the physicochemical properties of phosphorothioate DNA (PS-DNA) and phosphodiester DNA (PO-DNA) greatly aids in understanding the AuNP-DNA binding process. Replacing one non-bridging oxygen atom of the anionic phosphodiester backbone with a sulfur atom leads to a major change in the DNA adsorption mechanism of AuNPs. In this work, we investigated and compared salt-aging, low pH-assisted, and freeze–thaw methods for conjugating phosphorothioate-modified oligonucleotides to AuNPs. The results obtained clearly demonstrate that only the pH-assisted method can successfully bind tandem phosphorothioate DNA to gold nanoparticles and sufficiently maintain the colloidal stability of AuNPs. When a phosphate group is converted to a phosphorothioate group, the negative charge of the phosphate group is located on the sulfur atom. Due to the soft nature of sulfur (a very weak H-bond acceptor), the negative charge on the sulfur atom cannot be shielded even with the gradual addition of salt to increase the ionic strength, so, the pH-assisted based method is the best for the functionalization of AuNPs with tandem-PS DNA.
中文翻译：
用串联硫代磷酸酯 DNA 功能化金纳米颗粒的方法：硫代磷酸酯主链的理化性质在 DNA 吸附到金纳米颗粒中的作用
了解硫代磷酸酯 DNA (PS-DNA) 和磷酸二酯 DNA (PO-DNA) 物理化学性质的差异有助于理解 AuNP-DNA 结合过程。用硫原子取代阴离子磷酸二酯主链的一个非桥接氧原子导致 AuNPs 的 DNA 吸附机制发生重大变化。在这项工作中，我们研究并比较了将硫代磷酸酯修饰的寡核苷酸与 AuNP 缀合的盐老化、低 pH 辅助和冻融方法。获得的结果清楚地表明，只有 pH 辅助方法才能成功地将串联硫代磷酸酯 DNA 与金纳米颗粒结合，并充分保持 AuNP 的胶体稳定性。当磷酸基团转化为硫代磷酸酯基团时，磷酸基团的负电荷位于硫原子上。由于硫的柔软性质（非常弱的氢键受体），即使逐渐添加盐以增加离子强度，也无法屏蔽硫原子上的负电荷，因此，基于pH辅助的方法是最有效的方法。最适合使用串联 PS DNA 进行 AuNP 的功能化。
更新日期：2023-07-26
中文翻译：
用串联硫代磷酸酯 DNA 功能化金纳米颗粒的方法：硫代磷酸酯主链的理化性质在 DNA 吸附到金纳米颗粒中的作用
了解硫代磷酸酯 DNA (PS-DNA) 和磷酸二酯 DNA (PO-DNA) 物理化学性质的差异有助于理解 AuNP-DNA 结合过程。用硫原子取代阴离子磷酸二酯主链的一个非桥接氧原子导致 AuNPs 的 DNA 吸附机制发生重大变化。在这项工作中，我们研究并比较了将硫代磷酸酯修饰的寡核苷酸与 AuNP 缀合的盐老化、低 pH 辅助和冻融方法。获得的结果清楚地表明，只有 pH 辅助方法才能成功地将串联硫代磷酸酯 DNA 与金纳米颗粒结合，并充分保持 AuNP 的胶体稳定性。当磷酸基团转化为硫代磷酸酯基团时，磷酸基团的负电荷位于硫原子上。由于硫的柔软性质（非常弱的氢键受体），即使逐渐添加盐以增加离子强度，也无法屏蔽硫原子上的负电荷，因此，基于pH辅助的方法是最有效的方法。最适合使用串联 PS DNA 进行 AuNP 的功能化。
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