New DNA Technology and the DNA Biosensor

Downs, Mark E. A.; Kobayashi, Syoji; Karube, Isao

doi:10.1080/00032718708078036

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“…Em virtude das características estruturais da molécula de DNA -que pode ser imobilizada na superfície de eletrodos na forma de simples 77,78 , dupla 78,79 ou tripla hélices 47,78,80,81 -, pela capacidade dos ácidos nucléicos formarem pares complementares com precisão, por suas propriedades condutoras 82,83 e por apresentarem alta especificidade de interação com moléculas de baixa massa molecular 51,77 , encontram-se várias revisões na literatura apresentando as mais diversas aplicações para os eletrodos modificados com DNA 8,17,78,47,[84][85][86][87][88][89] .…”

Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

Eletrodos modificados com DNA: uma nova alternativa em eletroanálise

1999

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DIVULGAÇÃO INTRODUÇÃOO comportamento eletroquímico do DNA e os efeitos de sua adsorção sobre diversos tipos de eletrodos vêm sendo pesquisados há quase 40 anos [1][2][3][4][5] . A maioria destes estudos está centralizada na análise e identificação estrutural de ácidos nucléicos e a relação entre o comportamento polarográfico do DNA e sua conformação em solução 6 , mostrando as diferenças de resposta eletroquímica existentes entre DNA nativo (doublestrand, dsDNA), desnaturado (single-strand, ssDNA) e degradado 7,8 , utilizando-se principalmente eletrodos de mercúrio.O uso de eletrodos sólidos estendeu de forma significativa o campo de aplicação dos métodos eletroquímicos para análi-se de ácidos nucléicos. Diversas são as possibilidades de emprego dos eletrodos modificados com DNA, como a determinação de espécies carcinogênicas e de fármacos, entretanto biossensores de DNA têm sido desenvolvidos para a análise e determinação de seqüências de bases do DNA com intuito de diagnóstico de doenças.Este artigo apresenta uma visão geral da evolução do estudo e determinação eletroquímica de ácidos nucléicos utilizando-se eletrodos de mercúrio, além dos recentes avanços no desenvolvimento de eletrodos modificados com DNA aplicados à aná-lise e estudo do mecanismo de ação biológica de fármacos, determinação de espécies de interesse ambiental e na identificação e seqüenciamento genético. COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DO DNAOs fenômenos de adsorção de ácidos nucléicos naturais e biossintéticos foram estudados, predominantemente, por polarografia a.c. 9,10 . Em soluções neutras, levemente alcalinas e moderada força iônica, ambos DNAs, nativo e desnaturado, podem ser adsorvidos na faixa de potencial entre 0 e -1,0 V, utilizando-se eletrodo de mercúrio. Nesta faixa de potencial todos os constituintes do DNA -resíduos de base, desoxirribose e grupo fosfato -podem ser envolvidos no processo de adsorção 2,8,9 . A Figura 1a 8 apresenta os diversos sinais tensamétricos possíveis de serem obtidos, pelos constituintes dos ácidos nucléicos, envolvendo o processo de adsorção/dessorção.O pico 1, próximo de -1,2 V, produzido tanto pelo DNA nativo quanto pelo desnaturado indica a dessorção ou reorientação segmentada de regiões helicoidais adsorvida por meio do esqueleto açúcar-fosfato. Em determinadas condições o dsDNA produz o pico 2 devido à abertura das regiões da dupla-fita. O pico 3, produzido apenas pelo ssDNA, corresponde ao processo de dessorção de segmentos adsorvidos, preferencialmente, através das bases 8 . Em determinadas condições, como baixa força iônica, o dsDNA apresenta o pico designado como 0. Este pico foi atribuído à adsorção eletrostática de ácidos nucléicos a potenciais negativos e dessorção/reorientação da molécula de DNA próxi-ma ao potencial de carga zero 8 . O contato prolongado do DNA nativo com a superfície de eletrodos pode provocar desnaturação da molécula motivada pela força de repulsão entre a superfície do eletrodo e os grupos fosfato negativamente carregados [11][12][13] [Ref. 8]

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Section: Eletrodos Modificados Com Dnaunclassified

Eletrodos modificados com DNA: uma nova alternativa em eletroanálise

1999

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“…However, theoretical and experimental results have shown that f, should decrease and R, should increase with (pL-qL)1'2, as described by eqs. [3] and [9] ( Table 1). This kind of discrepancy shows that further theoretical work should be undertaken to relate both series resonant frequency and motional resistance changes to liquid phase properties.…”

Section: Frequency (Mhz)mentioning

confidence: 99%

“…[3] and each of these change with temperature, the frequency must also be temperature dependent. For AT-cut quartz crystals, the dependence of ~~( -n f , 2~~( l /~~~~)~~~) on temperature, from eq.…”

Section: Effect Of Temperature On the Responses Of Nucleic Acid Coatementioning

confidence: 99%

“…For AT-cut quartz crystals, the dependence of ~~( -n f , 2~~( l /~~~~)~~~) on temperature, from eq. [3], is (25) where T = 36.4 x I O~/ " C and T, = 17.8 x I O~/ " C . Thus Tc = 9.8 x IO' /"C, which is relatively small; therefore Tc (20°C) = T, (60°C) and the temperature factor in eq.…”

Section: Effect Of Temperature On the Responses Of Nucleic Acid Coatementioning

confidence: 99%

“…Thus Tc = 9.8 x IO' /"C, which is relatively small; therefore Tc (20°C) = T, (60°C) and the temperature factor in eq. [3] can be considered a constant for quartz crystals oscillating in solution over the temperature range studied. Accordingly, the frequency shift observed as the temperature increases is due to changes in the viscosity and density of water in the surface region.…”

Section: Effect Of Temperature On the Responses Of Nucleic Acid Coatementioning

confidence: 99%

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Rheological and interfacial properties of nucleic acid films studied by thickness – shear mode sensor and network analysis

Su¹,

Thompson²

1996

Can. J. Chem.

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Rheological and interfacial properties of nucleic acid films studied by thickness -shear mode sensor and network analysisAbstract: Complete characterization of the thickness -shear mode (TSM) acoustic wave sensor coated with films of nucleic acid and subjected to conductive solution loading is achieved through network analysis of impedance measurements. The responses of coated sensors with respect to series resonant frequency can be separated into two regions. When 0 < u < 0.5 R-I m-' the frequencies for sensors with films of single strand (ss) DNA or polycytidylic (5') (Poly C) in place rise significantly with increasing conductivity. The motional resistances for sensors coated with both species peak at the same value of conductivity where the frequency has the most rapid shift. In the second region (0.5 < u < 12 R-' m-I), the frequency response for the ss DNA system exhibits a bell-shaped curve, with a minimum at u = 4 0-' m-l. The motional resistances for both nucleic acid layers show reversible behaviour, whereas TSM sensors with bare PdO and Au electrodes yield little change. Models that consider only the bulk properties of solutions fail to explain the observed changes in frequency. On the other hand, an equivalent circuit model incorporating the rheological properties of nucleic acid layers on the sensor surface is successful in explaining the various responses.Key words: DNA sensor, network analysis, thickness -shear mode sensor, DNA interfacial properties, RCsumC : Faisant appel i une analyse de rCseau des mesures d3impCdance, on a rkalisC une caracthrisation complkte de senseurs enduits de films d'acide nuclkique, opCrant en mode de cisaillement de I'Cpaisseur et soumis h un chargement de solution conductrice. Les rkponses des senseurs enduits par rapport h la frkquence de rCsonance en sCrie ont pu &tre sCparCe en deux rkgions. Lorsque 0 < a < 0,5 m-I, les frequences des senseurs avec des films d'ADN i simples brins (sb) ou polycytidyliques (5') (Poly C) en place augmentent beaucoup avec une augmentation de la conductivitC. Les rCsistances au mouvement des senseurs enduits avec les deux espkces atteignent un sommet pour la m&me valeur de la conductivitk alors que la frCquence prCsente le dkplacement le plus rapide. Dans la deuxikme region (0,5 < u < 12 m-I), la frkquence de rCponse du systkme ADN sb prCsente une courbe en forme de cloche avec un minimum i u = 4 R-I m-I. Les rCsistances au mouvement pour les deux couches d'acides nuclCiques prksentent dans les deux cas un comportement reversible alors que le senseur MCE avec des Clectrodes de PdO ou de Au nues ne prCsentent pratiquement pas de changements. Les modkles qui ne considkrent que les propriCtCs globales des solutions n'arrivent pas h expliquer les changements observCs dans les frkquences. Par ailleurs, un modkle par circuit Cquivalent incorporant les propriCtCs rhCologiques des couches d'acide nuclCique sur la surface du senseur permet d'expliquer les diverses rkponses.

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