Mixed Assembly of DNA and Alkylthiol on Gold Nanoparticles

Abstract

Self-assembly of nanoparticles has a variety of applications, including stabilizer, surfactants and target specific drug delivery systems. Hydrophilic ligand DNA and pH-sensitive ligand MUA was functionalized on the surface of gold nanoparticles. In this mixed monolayer system, when the proportion of MUA is increases, DNA hybridization efficiency is also increases because MUA reduces the charge repulsions between DNA ligands. In addition, the stability of the particles was enhanced during the etching process of gold nanoparticles by potassium cyanide. Also, the binding property of DNA was maintained even after acid treatment. Since thiol has mobility on gold surface, ligands can be segregated by introducing the oil-water interface. In order to fix the structure of separated ligands, DNA crosslinking reaction was conducted by the introduction of terminal alkynes in DNA sequence. Phase segregation caused by the migration of ligand affects the DNA binding property. Therefore, crosslinked particles show low degree of hybridization due to densely packed DNA ligand. ;나노입자의 자기조립(self-assembly)현상은 계면활성제, 특정 타겟에 작용하는 약물전달 체계 등의 다양한 분야에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 친수성 리간드 DNA와 용액의 pH에 따라 양친매성을 갖는 리간드 11-Mercaptoundecanoic acid (MUA)가 함께 결합되어있는 금 나노입자를 합성한 뒤 리간드의 재배열을 일으켜 Janus 구조로 만드는 방법을 제시한다. DNA와 MUA가 함께 결합되어있는 시스템에서 MUA의 비율이 많아질수록 DNA가 입자 표면에서 흡착되는 것을 막아주고, DNA 리간드 사이의 전하 반발을 줄여주어서 Hybridization 효율이 증가하였다. 또한, 시안화칼륨(KCN)을 이용한 금 나노입자의 에칭과정에서 입자의 안정성을 향상시켰을 뿐 아니라 산성 처리 후에도 DNA의 특성을 유지시켜주었다. Thiol기는 금 나노입자 표면에서 이동성을 갖기 때문에 리간드를 분리는 용액의 산성도를 낮춰 MUA리간드를 소수성으로 만들어 준 후에 계면을 도입함으로써 리간드를 분리를 유도하였다. 이렇게 분리된 리간드의 구조를 유지시키기 위해서 DNA 에 알카인(alkyne)기를 도입하여 금 나노입자 표면에 흡착시키는 Crosslinking 반응을 진행하였다. 리간드의 분리가 일어난 입자는 밀집되어있는 DNA 리간드로 인해 Hybridization이 일어나는 정도가 줄어드는 것을 확인하였다. 이러한 입자는 계면활성제로 작용할 수 있으며 pH 자극을 이용해서 특정 타겟에 작용하는 약물 전달 입자로의 활용 가능성을 보인다.