シーケンス依存DNA固定化：特異的と非特異的寄与

短い一本鎖オリゴヌクレオチド表面固定化のためのin situ配列依存性速度論に関する最初の系統的研究の結果を提示します。吸着時間の関数としてチオール化されたホモオリゴマーと非チオール化ホモオリゴマーの両方のフィルムカバレッジを測定することにより、金へのDNA-チオール付着の全体的なメカニズムに対する特定のチオール表面および非特異的DNA表面相互作用の相対的な寄与を決定します。シーケンス依存性の非特異的な表面相互作用は、速度論だけでなくオリゴマー吸着の程度にも影響を与えるDNA-チオール固定化に重要な役割を果たすことがわかります。たとえば、表面との強力で迅速な非特異的接触を最初に形成するシーケンスは、長年のチオール吸着（すなわち、ポリ（DA） - チオール）を妨げます。対照的に、最初はゆっくりとゆっくりと表面に弱く結合するヌクレオチドとの配列（すなわち、ポリ（dt） - チオール）はさらにチオール吸着を妨げず、より高い膜のカバレッジとラングミュアの固定速度論をもたらします。DNA-チオール固定化メカニズムのこのビューは、チオール化されたDNA鎖で観察された配列依存性すすぎ損失によってさらにサポートされていますが、類似の非チオール鎖ではありません。非チオール鎖は、より水平方向の方向で表面に強く接触しますが、チオール化された鎖は、垂直DNA-DNAベーススタッキングを可能にするより直立方向に到達します。結果は、DNA-チオール膜の形成における競争的特異的および非特異的な力の重要性と相互作用を明確に示しています。達成された特定のカバレッジと吸着プロセスの時間依存性は、一般的なシーケンス構成に依存します。

We present results of the first systematic study on in situ sequence-dependent kinetics for short single-strand oligonucleotide surface immobilization. By measuring film coverage for both thiolated and nonthiolated homo-oligomers as a function of adsorption time, we determine the relative contribution of specific thiol-surface and nonspecific DNA-surface interactions to the overall mechanism of DNA-thiol attachment to gold. We find that sequence-dependent nonspecific surface interactions play a significant role in DNA-thiol immobilization, influencing not only the kinetics but also the extent of oligomer adsorption. For example, sequences that initially form strong, rapid nonspecific contacts with the surface hinder long-time thiol adsorption (i.e., poly(dA)-thiol). In contrast, sequences with nucleotides that initially bind slowly and weakly to the surface (i.e., poly(dT)-thiol) do not obstruct further thiol adsorption, resulting in higher film coverage and Langmuir immobilization kinetics. This view of the DNA-thiol immobilization mechanism is further supported by sequence-dependent rinsing losses observed for thiolated DNA strands but not for analogous nonthiolated strands. Nonthiolated strands contact the surface strongly in a more horizontal orientation, whereas thiolated strands attain a more upright orientation that allows vertical DNA-DNA base-stacking. The results clearly illustrate the importance and interplay of competitive specific and nonspecific forces in forming DNA-thiol films. The specific coverage attained and the time dependence of the adsorption process depend on the prevailing sequence composition.