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J-GLOBAL ID：202202290800264335   整理番号：22A0648834

金ナノ粒子のフェムト秒励起により生成したナノスケール温度勾配におけるDNA変性の機構的理解【JST・京大機械翻訳】

Mechanistic Understanding of DNA Denaturation in Nanoscale Thermal Gradients Created by Femtosecond Excitation of Gold Nanoparticles

著者 (8件)： Hastman David A. (Center for Bio/Molecular Science and Engineering, U.S. Naval Research Laboratory Code 6900, United States) ,  Hastman David A. (Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, Maryland, United States) ,  Chaturvedi Parth (Department of Chemistry and Biochemistry, University of Texas at El Paso, Texas, United States) ,  Oh Eunkeu (Optical Sciences Division, Code 5600, U.S. Naval Research Laboratory, United States) ,  Melinger Joseph S. (Electronics Science and Technology Division, Code 6800, U.S. Naval Research Laboratory, United States) ,  Medintz Igor L. (Center for Bio/Molecular Science and Engineering, U.S. Naval Research Laboratory Code 6900, United States) ,  Vukovic Lela (Department of Chemistry and Biochemistry, University of Texas at El Paso, Texas, United States) ,  Diaz Sebastian A. (Center for Bio/Molecular Science and Engineering, U.S. Naval Research Laboratory Code 6900, United States)
資料名： ACS Applied Materials & Interfaces  (ACS Applied Materials & Interfaces)
巻： 14  号： 2  ページ： 3404-3417  発行年： 2022年 
JST資料番号： W2329A  ISSN： 1944-8244  CODEN： AAMICK  資料種別： 逐次刊行物 (A)
記事区分： 原著論文  発行国： アメリカ合衆国 (USA)  言語： 英語 (EN)

抄録/ポイント： 局所温度変調により生体分子の構造と機能を正確に制御することができる光熱システムの開発に大きな関心が寄せられている。1つの特異的応用は,金ナノ粒子(AuNPs)のフェムト秒(fs)レーザパルス光加熱による二本鎖(ds)DNAの変性である。しかし,これらの系におけるDNA融解の機構は完全には理解されていない。ここでは,DNA融解を誘導するためにfsレーザパルスを用いて局所的に加熱された表面係留dsDNAを有する55nmAuNPsを利用した。AuNP表面からのdsDNA距離とレーザパルスエネルギーフルエンスを変えることによって,この系を用いて,ナノ秒の持続時間温度の上昇とAuNPのまわりの急峻な温度勾配がdsDNA脱ハイブリッド化にどのように影響するかを調べた。dsDNAとAuNP表面間の距離を合計で3.8nm,パルスエネルギーフルエンスを7.1から14.1J/m2に修正することにより,脱ハイブリダイゼーション速度はパルス当たり0.002から0.05DNAの範囲であり,溶液中に放出されたDNAの全量は100sの照射だけで26~93%の範囲で制御された。dsDNA位置を約1.1nmにシフトさせることにより,平均dsDNA脱ハイブリダイゼーション速度は30±2%まで変化し,DNA融解と放出に対する高レベルの制御を提供した。実験的に誘導した温度に対するdsDNA周辺の理論温度を比較することによって,最大またはピーク温度は,dsDNAがAuNP表面に近いとき,また,より低いレーザパルスフルエンスを用いるとき,脱ハイブリッド化速度に大きな影響を持つことを見出した。さらに,AuNP周りの光熱パルスを模倣した分子動力学シミュレーションは,脱ハイブリッド化の確率的性質への機構的洞察を提供し,定常状態加熱と比較した場合,レーザパルス加熱中のAuNP表面近くの塩基対分離の増加を示した。生物学的材料が短寿命および不均一温度にどのように応答するかを理解することは,AuNPのfsレーザパルス光加熱に固有に増大し,この技術の機能性および精度を改善するのに重要であり,より複雑な生体系へ実装できる可能性がある。Copyright 2022 American Chemical Society All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

シソーラス用語： 温度制御 ,  プラズモン ,  *励起 ,  *DNA【核酸】 ,  塩基対 ,  レーザパルス ,  パルス ,  *温度勾配 ,  分子ハイブリダイゼーション ,  フルエンス ,  *ナノ粒子
準シソーラス用語： *ナノスケール ,  分子動力学シミュレーション ,  生体分子 ,  二本鎖DNA ,  *金ナノ粒子 , 【Automatic Indexing@JST】

著者キーワード (7件)： 金ナノ粒子 ,  フェムト秒レーザ ,  光熱システム ,  熱プラズモン ,  分子動力学シミュレーション ,  DNA ,  センサ

分類 (3件)： 核酸一般  (EB04010U) ,  無機化合物一般及び元素  (CD01010D) ,  分析機器  (CC02020S)

タイトルに関連する用語 (6件)： 金ナノ粒子 ,  フェムト秒 ,  励起 ,  ナノスケール ,  温度勾配 ,  理解