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dsDNA与TiO2(110)在溶液中相互作用的动力学行为和机制

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金红石型TiO2(110)在DNA传感领域具有广阔的应用前景,然而其与DNA在溶液中相互作用的动力学行为和机制尚不清楚。利用分子动力学模拟,深入研究了双链DNA(dsDNA)在初始时沿轴向平行或垂直于金红石型TiO2(110)表面时二者在溶液中的相互作用。通过分析dsDNA在吸附后的稳定构型、吸附动力学过程和结构稳定性发现,与一些典型二维纳米材料不同,dsDNA倾向于水平吸附到TiO2(110)表面。水平吸附不仅使得dsDNA的四种碱基均吸附到TiO2(110)表面,增加了吸附稳定性,而且不破坏ds-DNA的结构稳定性。进而,通过分析dsDNA与TiO2(110)表面的相互作用能和水分子密度/数量发现,dsD-NA的平行吸附可能源于二者之间的短程范德华和长程静电相互作用。此外,纳米级脱湿也增强了 dsDNA的吸附。对dsDNA与TiO2(110)在溶液中的相互作用研究有助于实现TiO2(110)在DNA传感中的应用。
The dynamic behavior and mechanism underlying the interaction between dsDNA and TiO2(110)in solution
Rutile TiO2(110)is a promising material for applications in DNA sensing.However,the dynamic be-havior and mechanism of its interaction with DNA in solution remain unclear.Employing molecular dynamics simulations,the present paper examines the interaction between double-stranded DNA(dsDNA)and rutile TiO2(110)in solution with dsDNA being initially either parallel or normal to the TiO2(110)surface.By analy-zing the stable configuration after adsorption,adsorption kinetics,and structural stability of dsDNA,it is found that,unlike some typical two-dimensional nanomaterials,dsDNA tends to be parallelly adsorbed to TiO2(110)surface.Parallel adsorption not only makes the four bases of dsDNA adsorb to the TiO2(110)surface to increase the adsorption stability,but also does not damage the structural stability of dsDNA.Furthermore,by analyzing the interaction energy between dsDNA and TiO2(110)and the density/number of water molecules,it is found that the parallel adsorption of dsDNA may be due to their short-range van der Waals and long-range electro-static interactions.In addition,nanoscale dewetting also enhances the adsorption of dsDNA.The study on the in-teraction between dsDNA and TiO2(110)in solution is helpful to realize the application of TiO2(110)in DNA sensing.

Transition metal oxidesTiO2dsDNAInteraction mechanismsMolecular dynamics simulations

杨晋、胡书环、刘雯、孟范超

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中国科学院大学生命科学学院,北京 100049

深圳华大生命科学研究院,深圳 518083

广东省高通量测序工程技术研究中心,深圳 518083

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过渡族金属氧化物 TiO2 dsDNA 相互作用机制 分子动力学模拟

广东省基础与应用基础研究基金

2020A1515011069

2024

原子与分子物理学报
四川大学,四川省物理学会,中国物理学会原子与分子物理专业委员会

原子与分子物理学报

北大核心
影响因子:0.296
ISSN:1000-0364
年,卷(期):2024.41(1)
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