Investigação da condução elétrica em fitas duplas de dna imobilizadas em eletrodos de ouro por medidas eletroquímicas

Abstract

A molécula de DNA imobilizada sobre um substrato metálico possui uma infinidade de aplicações: inspeção de alimentos, autenticação pessoal, combate ao bioterrorismo, taxonomia, entre outras. Contudo, nos dispositivos que utilizam as propriedades elétricas desta biomolécula, ainda existem muitas dúvidas, haja vista que nem mesmo a literatura específica chegou a um consenso se o DNA possui características de um material elétrico condutor, semicondutor, isolante ou ainda supercondutor. Neste contexto, a investigação da condução elétrica de fitas duplas de DNA imobilizadas em eletrodos de ouro e sua caracterização por medidas eletroquímicas é bastante atraente. O uso do azul de metileno (MB), um agente intercalante, e a modificação da biomolécula com um grupo ferroceno, com propriedades redox, foram os dois tipos de abordagens utilizados para estudar o comportamento elétrico de fitas duplas e curtas de DNA com conteúdo distinto de bases nitrogenadas: uma rica em guanina e citosina e outra em adenina e timina, denominadas de DNA condutor (ds-DNAc) e DNA isolante (ds-DNAi), respectivamente. Para a primeira abordagem, a caracterização voltamétrica e impedimétrica não permitiu uma diferenciação da resistência elétrica dos sistemas de ds-DNAc e ds-DNAi, pois a transferência eletrônica do MB para o DNA ocorria em paralelo ao processo redox do MB com a superfície do eletrodo, inviabilizando a análise. Deste modo, a modificação do DNA com uma molécula redox foi necessária. Nesta segunda abordagem foi possível diferenciar os sistemas de ds-DNA. Primeiramente, a monocamada de tiol foi caracterizada usando o 6-ferrocenil-hexano-1-tiol. A área do pico de oxidação no voltamograma forneceu um valor de densidade de moléculas igual a 7,5x1012 moléculas/cm2 e, após o tratamento dos espectros de capacitância eletroquímica, o perfil de densidade de estados foi obtido...

Immobilization of DNA on metallic substrate has an infinity of applications: food inspection, personal authentication, combating bioterrorism, taxonomy and so on. However, there are still some questions about devices based on the electrical properties of this biomolecules because specific literature did not reach consensus if the DNA possesses electric characteristics of conductor, semiconductor, insulator or superconductor. In this context, we were interested to investigate electrical conduction of double-strands DNA immobilized on gold surface and to analyze this system by electrochemical techniques. Two methodologies were used to distinguish electrical behavior of shorts double-strands DNAs with different content of nitrogen bases: one double-strand rich in guanine and cytosine (conductive DNA or ds-DNAc) and another rich in adenine and thymine (non-conductive DNA or ds-DNAi). Intercalating agent methylene blue (MB) was used to characterize the electrical resistance of ds-DNAc and ds-DNAi by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. Nevertheless, this methodology was not good enough because the electronic transfer between MB and DNA occurs simultaneously to the MB redox process on electrode surface. Therefore, modification of DNA with a redox group was necessary. In the second approaches we used the ferrocene-modified DNA monolayer. This approach was effective to discern ds-DNAc and ds-DNAi electric properties. Firstly, 6-ferrocenyl-1-hexanethiol molecule was assembled on gold electrode to find out the response of thiol film on ds-DNA systems. Voltammogram curves showed a narrow and intense oxidation peak and the surface density of molecule was obtained by integrating curve (7.5x1012 molecules/cm2). After, the density of states (DOS) profile was calculated from capacitance spectra and the integrating curve results on 2.9x1013 states/cm2. The quotient DOS/surface density...