Electrocatalytic Oxidation of Guanines

Abstract

Chapter 1. First, the interaction between G-quadruplex DNA and carbon nanotubes was examined. The guanine bases of the G-quadruplex form hydrogen bonds with each other and have a quadruple shaped helix structure. Ru(bpy)32+ used as an electrochemical catalyst, reacts with guanine base, with the lowest oxidation potential, to measure the enlarged oxidation current.14 Based on previous research that the oxidative current of guanine base will decrease due to the adsorption interaction with carbon nanomaterials,33 we tested using the G-quadruplex DNA, which has a quadruple helix structure, is also measured decreasing in oxidative current through interacting with carbon nanotubes. Also, by measuring the melting temperature, the structural changes of the DNA resulting from the reaction of the secondary structure DNA and double stranded DNA forming the interaction between the bases with the CNT were measured. Carboxyl modified CNTs and cytosine rich sequence DNA in which i-motif structures are formed by binding reactions were used to compare the reactions with CNTs not functionalized with carboxylic acid. The reaction of double strand DNA and CNT, CNT-COOH, which has a double helix structure by forming hydrogen bonds between i-motif sequence DNA and complementary strands, was tested.

Chapter 2. Biosensors based on DNA that capable of artificially arranging base sequences are being developed by applying their specific binding method to detect various analytes such as metal ions. The thymine pyrimidine base in DNA has the property of specifically binding to mercury ions. In addition, mercury ions are heavy metal substance that are harmful to the environment, and their property of selectively binding to thymine base can be utilized in a highly sensitive detection reaction for quantification from an environmental aspect. Label-free fluorescence analysis for the detection and quantification of mercury cations uses single stranded and double stranded DNA that is sensitive to various fluorescent substances. The label-free fluorescence analysis method can quantify the concentration of mercury ions in a simpler process without the labeling process of directly attaching a fluorescent substance to DNA. Through this study, we tried to find simple and sensitive method that can conduct experiments in a laboratory. We sought a method to reduce the cost and complicated process of attaching a fluorescent substance to DNA, and tried to lower the detection limit by using the asymmetric cyanine fluorescent probe SYBR Green I, which can quantify the concentration of metal ions by fluorescence analysis.;Chapter 1. 먼저 G quadruplex DNA와 carbon nanotube의 interaction을 실험하였다. G quadruplex의 구아닌 염기는 수소결합을 형성하고 있고 quadruple형태의 4중나선구조를 취하고 있다. 전기화학 촉매로 사용한 Ru(bpy)32+는 oxidation potential이 가장 낮은 구아닌 염기와 반응해서 증폭된 산화전류를 측정한다. DNA의 염기면이 탄소나노물질에 흡착반응하는 상호작용으로 구아닌의 산화전류가 감소한다는 선행연구를 바탕으로 4중나선구조를 이루고 있는 G quadruplex DNA또한 carbon nanotube와의 상호작용으로 산화전류가 감소하는지 실험해보았다. 또한 melting temperature 측정을 통해 염기간의 base pairing을 형성하고 있는 이차구조 DNA, 이중나선 DNA와 carbon nanotube의 반응으로 나타나는 DNA의 구조변화를 측정해보았다. Carboxyl modified CNT와의 반응으로 i-motif구조가 형성되는 cytosine rich sequence DNA를 사용해서 카복실기를 붙이지 않은 CNT와의 반응을 비교하였다. i-motif sequence DNA로 제작한 dsDNA와 CNT, CNT-COOH의 반응을 실험하였다.

Chapter 2. 인공적으로 염기서열을 배열할 수 있는 합성DNA를 기반으로 한 바이오센서는 금속이온 등 다양한 분석물질을 검출하기 위해 그들의 특이적인 결합법을 적용하여 개발되고 있다. DNA의 티민 피리미딘 염기는 수은이온에 특이적으로 결합하는 특성을 가지고 있다. 또한 수은 이온은 환경에 유해한 중금속 물질이며 티민 염기에 선택적으로 결합하는 특성은 환경적인 측면에서 정량화를 위한 감도높은 검출반응에 활용될 수 있다. 수은 양이온의 검출과 정량화를 위한 Label-free 형광분석은 다양한 형광물질에 감응하는 단일가닥, 이중가닥 DNA를 사용한다. Label-free 형광 분석방법은 형광물질을 DNA에 직접 부착하는 라벨링 과정 없이 더 간단한 과정으로 수은이온의 농도를 정량화 할 수 있다. 본 연구를 통해 실험실에서 수은이온 검출반응을 직접 실험해 볼 수 있는 간단하고 감도 높은 방법을 찾고자 하였다. 형광물질을 DNA에 부착하는 복잡한 과정과 비용을 줄이는 방법을 모색하고 형광분석 방법으로 금속이온의 농도를 정량 할 수 있는 비대칭 시아닌 형광염료 SYBR Green I을 사용해 검출 한계를 낮추려고 하였다.