镍离子对DNA结构和导电性的影响

李珂; 董瑞新; 班戈; 韩洪文; 苏伟; 闫循领

doi:10.7498/aps.58.6477

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镍离子对DNA结构和导电性的影响

李珂 , 董瑞新 , 班戈 , 韩洪文 , 苏伟 , 闫循领

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镍离子对DNA结构和导电性的影响

李珂, 董瑞新, 班戈, 韩洪文, 苏伟, 闫循领

物理学报, 2009, 58(9): 6477-6481.

doi: 10.7498/aps.58.6477

The effect of nickel ions on structure and conductivity of DNA

Li Ke, Dong Rui-Xin, Ban Ge, Han Hong-Wen, Su Wei, Yan Xun-Ling

Acta Phys. Sin., 2009, 58(9): 6477-6481.

doi: 10.7498/aps.58.6477

摘要
在碱性环境下，向DNA溶液中加入较低浓度的镍离子制备了金属DNA （M-DNA），并分别对单根DNA和M-DNA的导电性进行了测量.结果表明，二者均表现出半导体性质；随镍离子浓度的增加导电性明显增强，伏特间隙减小；当镍离子浓度超过0.1 mmol/L时，DNA的电导几乎不随镍离子浓度变化.在中性环境下向DNA溶液中加入较高浓度的镍离子，实现了DNA从右手到左手螺旋结构的转变.利用STM观察到了左手螺旋结构的Z-DNA，Z构象可以分辨出大沟与小沟，并且螺旋结构不均匀，伴有局部的解旋和无序化；单根Z-DNA的导电性明显减弱.DNA，M-DNA，Z-DNA的电导大小关系为GM-DNA>GDNA>GZ-DNA.通过紫外吸收和Raman光谱测量发现，使DNA发生右手到左手螺旋结构转变的镍离子浓度约为1.7 mol/L.

关键词:
镍离子 /

M-DNA /

Z-DNA /

导电性
Abstract
The modified M-DNA molecular wires were prepared by adding nickel ions of low concentration to the calf thymus DNA in alkaline solution. And we investigated the conductivity of single DNA and M-DNA molecules. The results indicated that the M-DNA and the B-DNA show semiconductor properties. But the conductivity of M-DNA is higher than that of the B-DNA，and the voltage gap is smaller. When the concentration of nickel ions is more than 0.1 m mol/L，the conductance of DNA does not change with the nickel concentration. In addition，the right to left-handed DNA transition was realized by adding nickel ions of appropriate concentration to the calf thymus DNA in neutral solution and the structure of left handed Z-DNA was observed by STM. The result showed that the major and minor grooves are obvious，unwinding and disordering regions can be found in the Z-DNA. The conductivity of left-handed DNA was much lower than that of the B-DNA. The conductivity relationship of B-DNA，M-DNA and Z-DNA is GM-DNA>GB-DNA>GZ-DNA. The UV absorption spectra and the Raman spectra indicated that the transition of B-Z DNA appears when the concentration of nickel ions is about 1.7 mol/L.

Keywords:
nickel ions /

M-DNA /

Z-DNA /

conductivity
作者及机构信息
李珂,

董瑞新,

班戈,

韩洪文,

苏伟,

闫循领

1.
聊城大学物理科学与信息工程学院，聊城 252059

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60571062）资助的课题.
Authors and contacts
Li Ke,

Dong Rui-Xin,

Ban Ge,

Han Hong-Wen,

Su Wei,

Yan Xun-Ling

1.
聊城大学物理科学与信息工程学院，聊城 252059
参考文献

施引文献

[1]	李冬梅, 韩敬宇, 董闯. 高硬导电Cu-Ni-Si系铜合金强化相成分设计. 物理学报, 2019, 68(19): 196102. doi: 10.7498/aps.68.20190593
[2]	肖石燕, 梁好均. DNA及基于DNA链替换反应的分子计算. 物理学报, 2016, 65(17): 178106. doi: 10.7498/aps.65.178106
[3]	杨剑群, 李兴冀, 马国亮, 刘超铭, 邹梦楠. 170keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响. 物理学报, 2015, 64(13): 136401. doi: 10.7498/aps.64.136401
[4]	林瑜, 杨光参, 王艳伟. DNA平衡离子凝聚的动态光散射分析. 物理学报, 2013, 62(11): 118702. doi: 10.7498/aps.62.118702
[5]	韩军, 张鹏, 巩海波, 杨晓朋, 邱智文, 自敏, 曹丙强. 生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO：Al薄膜光电性能的影响. 物理学报, 2013, 62(21): 216102. doi: 10.7498/aps.62.216102
[6]	吴永晟, 王兵. (BEDT-TTF)[FeBr4]晶体的制备及其物理性质的研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056104. doi: 10.7498/aps.61.056104
[7]	李忠虎, 李林, 朱林. W形六角铁氧体BaFe18O27电子结构与导电性的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107102. doi: 10.7498/aps.60.107102
[8]	王祺, 赵华波, 张朝晖. 高定向热解石墨表面局域导电增强现象的扫描探针显微学研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3059-3063. doi: 10.7498/aps.57.3059
[9]	孟宪兰, 高绪团, 渠朕, 康大伟, 刘德胜, 解士杰. 界面耦合对DNA分子电荷输运性质的影响. 物理学报, 2008, 57(8): 5316-5322. doi: 10.7498/aps.57.5316
[10]	董瑞新, 闫循领. 盐离子对B-DNA到Z-DNA结构转变影响的理论研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4414-4419. doi: 10.7498/aps.53.4414
[11]	周裕清, 张保汉, 杨国洪, 雷安乐, 董晨钟. 高Z元素类镍离子谱研究. 物理学报, 1994, 43(10): 1623-1629. doi: 10.7498/aps.43.1623
[12]	苏昉, 王文楼, 谢斌, 蒋宗驷, 林枫凉. 高聚物(PEO)n-CuBr2薄膜在流体静高压下的离子导电性. 物理学报, 1994, 43(10): 1648-1657. doi: 10.7498/aps.43.1648
[13]	张小俊, 王劲松, 许祝安, 张其瑞. Y1-xPrxBa2Cu3O7-δ体系中的离子价键特性与超导电性. 物理学报, 1993, 42(12): 1985-1989. doi: 10.7498/aps.42.1985
[14]	许祝安, 欧阳松, 方明虎, 王劲松, 张仕勇, 沈敏, 张其瑞. Y1-xCaxBa2Cu3-xMxO7-δ (M=Fe,Ni)体系的超导电性. 物理学报, 1992, 41(9): 1510-1516. doi: 10.7498/aps.41.1510
[15]	苏昉, 许伟, 苏骏. 非晶锂离子导体P2O5-0.7Li2O-0.4LiCl-0.1Al2O3的离子导电性与结构研究. 物理学报, 1991, 40(4): 596-603. doi: 10.7498/aps.40.596
[16]	苏昉, 许伟. 流体静高压下的锂离子导电性. 物理学报, 1989, 38(2): 193-201. doi: 10.7498/aps.38.193
[17]	黄彭年, 黄熙怀. MO2,M2O5和MO3氧化物对锂硼酸盐玻璃离子导电性的影响. 物理学报, 1989, 38(10): 1628-1633. doi: 10.7498/aps.38.1628
[18]	朱斌, 王大志, 俞文海. 蒙脱石固体电解质的高价离子导电性. 物理学报, 1988, 37(8): 1307-1314. doi: 10.7498/aps.37.1307
[19]	陈立泉, 赵宗源, 王超英, 李子荣. 分散第二相γ-Al2O3对β-Li2SO4离子导电性的影响. 物理学报, 1985, 34(8): 1027-1033. doi: 10.7498/aps.34.1027
[20]	陈立泉, 王连忠, 车广灿, 王刚. 非晶态离子导体Li2B2O4晶化前期的离子导电性. 物理学报, 1983, 32(9): 1177-1182. doi: 10.7498/aps.32.1177

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物理学报. 2009, 58(9): 6477-6481.

doi: 10.7498/aps.58.6477.

镍离子对DNA结构和导电性的影响

1. 聊城大学物理科学与信息工程学院，聊城 252059

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60571062）资助的课题.

收稿日期: 2008-12-28
修回日期: 2009-01-23
刊出日期: 2009-09-20

摘要: 在碱性环境下，向DNA溶液中加入较低浓度的镍离子制备了金属DNA （M-DNA），并分别对单根DNA和M-DNA的导电性进行了测量.结果表明，二者均表现出半导体性质；随镍离子浓度的增加导电性明显增强，伏特间隙减小；当镍离子浓度超过0.1 mmol/L时，DNA的电导几乎不随镍离子浓度变化.在中性环境下向DNA溶液中加入较高浓度的镍离子，实现了DNA从右手到左手螺旋结构的转变.利用STM观察到了左手螺旋结构的Z-DNA，Z构象可以分辨出大沟与小沟，并且螺旋结构不均匀，伴有局部的解旋和无序化；单根Z-DNA的导电性明显减弱.DNA，M-DNA，Z-DNA的电导大小关系为GM-DNA>GDNA>GZ-DNA.通过紫外吸收和Raman光谱测量发现，使DNA发生右手到左手螺旋结构转变的镍离子浓度约为1.7 mol/L.

关键词:

镍离子 /
M-DNA /
Z-DNA /
导电性

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