Impact of the Aging of Ultrasmall Gold Nanoparticles on their Interaction with Cholesteric DNA Microparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The correlation between the time of preliminary storage of ultrasmall gold nanoparticles (GNPs) synthesized according to the Duff method and the structural aspects of their interaction with the particles of cholesteric liquid-crystalline dispersions (CLCDs) of DNA were studied. It has been established that the “age” of GNPs significantly affects the magnitude of their destructive action on the ordered organization of the DNA CLCD particles. The observed effect may be caused by both the gradual perfecting of the crystal lattice of the studied GNPs (i.e., their metallization) and the change in the chemistry of their surface over time.

About the authors

M. A. Klimovich

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia; Burnasyan Federal Medical Biophysical Center, Federal Medical Biological Agency, 123098, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4; Россия, 123098, Москва, ул. Живописная, 46

M. A. Kolyvanova

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia; Burnasyan Federal Medical Biophysical Center, Federal Medical Biological Agency, 123098, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4; Россия, 123098, Москва, ул. Живописная, 46

O. V. Dement’eva

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, 119071, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп., 31, корп. 4

O. N. Klimovich

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

V. M. Rudoy

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, 119071, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119071, Москва, Ленинский просп., 31, корп. 4

V. A. Kuzmin

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia

Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

V. N. Morozov

Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: morozov.v.n@mail.ru
Россия, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

References

  1. Jordan C.F., Lerman L.S., Venable J.H. Structure and circular dichroism of DNA in concentrated polymer solutions // Nature: New Biology. 1972. V. 236. № 64. P. 67–70. https://doi.org/10.1038/newbio236067a0
  2. Earnshaw W.C., Casjens S.R. DNA packaging by the double-stranded DNA bacteriophages // Cell. 1980. V. 21. № 2. P. 319–331. https://doi.org/10.1016/0092-8674(80)90468-7
  3. Yevdokimov Y.M., Skuridin S.G., Salyanov V.I. The liquid-crystalline phases of double-stranded nucleic acids in vitro and in vivo // Liquid Crystals. 1988. V. 3. № 11. P. 1443–1459. https://doi.org/10.1080/02678298808086687
  4. Livolant F. Ordered phases of DNA in vivo and in vitro // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 1991. V. 176. № 1. P. 117–137. https://doi.org/10.1016/0378-4371(91)90436-G
  5. Cheng S.-M., Mohr S.C. The thermal transition of ‘PSI’ DNA monitored by circular dichroism // FEBS Letters. 1974. V. 49. № 1. P. 37–42. https://doi.org/10.1016/0014-5793(74)80626-5
  6. Nikogosyan D.N., Repeyev Y.A., Yakovlev D.Y. et al. Photochemical alterations in DNA revealed by DNA-based liquid crystals // Photochemistry and Photobio-logy. 1994. V. 59. № 3. P. 269–276. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.1994.tb05033.x
  7. Kolyvanova M.A., Klimovich M.A., Shibaeva A.V. et al. Cholesteric liquid-crystalline DNA – a new type of chemical detector of ionizing radiation // Liquid Crystals. 2022. V. 49. № 10. P. 1359–1366. https://doi.org/10.1080/02678292.2022.2032854
  8. Колыванова М.А., Белоусов А.В., Кузьмин В.А. и др. Модификация радиочувствительности холестерической дисперсии ДНК с помощью диметилсульфоксида // Химия высоких энергий. 2022. Т. 56. № 5. С. 416–418. https://doi.org/10.31857/S0023119322050072
  9. Yevdokimov Y.M., Salyanov V.I., Lortkipanidze G.B. et al. Sensing biological effectors through the response of bridged nucleic acids and polynucleotides fixed in liquid-crystalline dispersions // Biosensors and Bioelectronics. 1998. V. 13. № 3–4. P. 279–291. https://doi.org/10.1016/S0956-5663(97)00133-4
  10. Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Кондрашина О.В. и др. Жидкокристаллические дисперсии комплексов ДНК с гадолинием – потенциальная платформа для нейтронозахватывающей терапии // Доклады Академии наук. 2005. Т. 402. № 5. С. 693–696. https://doi.org/10.1007/s10628-005-0081-z]
  11. Koval V.S., Arutyunyan A.F., Salyanov V.I. et al. DNA sequence-specific ligands. XVII. Synthesis, spectral properties, virological and biochemical studies of fluorescent dimeric bisbenzimidazoles DBA(n) // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2018. V. 26. № 9. P. 2302–2309. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2018.03.018
  12. Koval V.S., Arutyunyan A.F., Salyanov V.I. et al. DNA sequence-specific ligands. XVIII. Synthesis, physico-chemical properties; genetic, virological, and biochemical studies of fluorescent dimeric bisbenzimidazoles DBPA(n) // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2020. V. 28. № 7. P. 115378. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2020.115378
  13. Morozov V.N., Kolyvanova M.A., Dement’eva O.V. et al. Fluorescence superquenching of SYBR Green I in crowded DNA by gold nanoparticles // Journal of Luminescence. 2020. V. 219. P. 116898. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116898
  14. Morozov V.N., Kolyvanova M.A., Dement’eva O.V. et al. Comparison of quenching efficacy of SYBR Green I and PicoGreen fluorescence by ultrasmall gold nanoparticles in isotropic and liquid-crystalline DNA systems // Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 321. P. 114751. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.114751
  15. Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Рудой В.М. и др. Действие наночастиц золота на упаковку молекул ДНК в модельных системах // Доклады Академии наук. 2010. Т. 432. № 6. С. 838–841.
  16. Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Кац Е.И. и др. Кластеры из наночастиц золота в квазинематических слоях частиц жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных нуклеиновых кислот // Acta Naturae. 2012. Т. 4. № 4 (15). С. 80–93.
  17. Евдокимов Ю.М., Скуридин С.Г., Салянов В.И. и др. Наночастицы золота влияют на “узнавание” двухцепочечных молекул ДНК и запрещают формирование их холестерической структуры // Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2014. Т. 14. № 4. С. 5–21.
  18. Duff D.G., Baiker A., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 1. Formation and particle size variation // Langmuir. 1993. V. 9. № 9. P. 2301–2309. https://doi.org/10.1021/la00033a010
  19. Duff D.G., Baiker A., Gameson I., Edwards P.P. A new hydrosol of gold clusters. 2. A comparison of some different measurement techniques // Langmuir. 1993. V. 9. № 9. P. 2310–2317. https://doi.org/10.1021/la00033a011
  20. Морозов В.Н., Климович М.А., Колыванова М.А. и др. Взаимодействие наночастиц золота с цианиновыми красителями в холестерических субмикрочастицах ДНК // Химия высоких энергий. 2021. Т. 55. № 5. С. 339–346.
  21. Колыванова М.А., Климович М.А., Дементьева О.В. и др. Взаимодействие наночастиц золота с цианиновыми красителями в холестерических субмикрочастицах ДНК. Влияние способа их введения в систему // Химическая физика. 2023. Т. 42. № 1. С. 64–72. https://doi.org/10.31857/S0207401X23010065
  22. Swarnkar R.K., Singh S.C., Gopal R. Effect of aging on copper nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation in water: Structural and optical characterizations // Bulletin of Materials Science. 2011. V. 34. № 7. P. 1363–1369. https://doi.org/10.1007/s12034-011-0329-4
  23. Ma Y., Chechik V. Aging of gold nanoparticles: Ligand exchange with disulfides // Langmuir. 2011. V. 27. № 23. P. 14432–14437. https://doi.org/10.1021/la202035x
  24. Gubicza J., Lábár J.L., Quynh L.M. et al. Evolution of size and shape of gold nanoparticles during long-time aging // Materials Chemistry and Physics. 2013. V. 138. № 2–3. P. 449–453. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.01.012
  25. Дементьева О.В., Карцева М.Е., Сухов В.М. и др. Температурно-временная эволюция ультрамалых затравочных наночастиц золота и синтез плазмонных нанооболочек // Коллоидный журнал. 2017. Т. 79. № 5. С. 562–568. https://doi.org/10.7868/S0023291217050056
  26. Карцева М.Е., Шишмакова Е.М., Дементьева О.В. и др. Рост фосфониевых наночастиц золота в щелочной среде: кинетика и механизм процесса // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 6. С. 644–650.https://doi.org/10.31857/S0023291221060057
  27. Keller D., Bustamante C. Theory of the interaction of light with large inhomogeneous molecular aggregates. II. Psi-type circular dichroism // The Journal of Chemical Physics. 1986. V. 84. № 6. P. 2972–2980. https://doi.org/10.1063/1.450278
  28. Компанец О.Н. Портативные оптические биосенсоры для определения биологически активных и токсичных соединений // Успехи физических наук. 2004. Т. 174. № 6. С. 686–690.
  29. Ершов Б.Г. Короткоживущие малые кластеры металлов в водных растворах: получение, идентификация и свойства // Известия Академии наук. Серия химическая. 1999. № 1. С. 1–15.
  30. Livolant F., Leforestier A. Condensed phases of DNA: Structures and phase transitions // Progress in Polymer Science. 1996. V. 21. № 6. P. 1115–1164. https://doi.org/10.1016/S0079-6700(96)00016-0
  31. Muzzopappa F., Hertzog M., Erdel F. DNA length tunes the fluidity of DNA-based condensates // Biophysical Journal. 2021. V. 120. № 7. P. 1288–1300. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.02.027
  32. Семенов С.В., Евдокимов Ю.М. Круговой дихроизм частиц жидкокристаллических дисперсий ДНК // Биофизика. 2015. Т. 60. № 2. С. 242–252.
  33. Скуридин С.Г., Лорткипанидзе Г.Б., Мусаев О.Р. и др. Формирование жидкокристаллических микрофаз двухцепочечных нуклеиновых кислот и синтетических полинуклеотидов низкой молекулярной массы // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1985. Т. 27. № 11. С. 2261–2265.
  34. Morozov V.N., Klimovich M.A., Kostyukov A.A. et al. Förster resonance energy transfer from Hoechst 33258 to SYBR Green I in cholesteric liquid-crystalline DNA // Journal of Luminescence. 2022. V. 252. P. 119381. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.119381
  35. Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Штыкова Э.В. и др. Фиксация наночастиц золота в структуре квазинематических слоев, образованных молекулами ДНК // Биологические мембраны. 2011. Т. 28. № 3. С. 191–198.
  36. Евдокимов Ю.М. Наночастицы золота и жидкие кристаллы ДНК // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2015. Т. 56. № 3. С. 147–157.
  37. Евдокимов Ю.М., Салянов В.И., Скуридин С.Г. и др. Физико-химический и нанотехнологический подходы к созданию “твердых” пространственных структур ДНК // Успехи химии. 2015. Т. 84. № 1. С. 27–42.
  38. Brach K., Matczyszyn K., Olesiak-Banska J. et al. Stabilization of DNA liquid crystals on doping with gold nanorods // Physical Chemistry Chemical Physics. 2016. V. 18. P. 7278–7283. https://doi.org/10.1039/C5CP07026K
  39. Скуридин С.Г., Салянов В.И., Попенко В.И. и др. Структурные эффекты, вызываемые наночастицами золота, в частицах холестерических жидкокристаллических дисперсий двухцепочечных нуклеиновых кислот // Химико-фармацевтический журнал. 2013. Т. 47. № 2. С. 3–11. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2013-47-2-3-11

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (99KB)
Indexing metadata
3.

Download (283KB)
Indexing metadata
4.

Download (180KB)
Indexing metadata
5.

Download (316KB)
Indexing metadata
6.

Download (144KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.А. Климович, М.А. Колыванова, О.В. Дементьева, О.Н. Климович, В.М. Рудой, В.А. Кузьмин, В.Н. Морозов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».