Біофізичний вісник (Jul 2020)
Спектральные и структурные особенности биокомпозитных пленок оксида графена и дисульфида молибдена с молекулами 5-бромурацила и 5-бром-2’-дезоксиуридина
Abstract
Актуальность. В последнее время композитные материалы на основе наночастиц и биологических молекул интенсивно исследуются благодаря уникальным физико-химическим и биофизическим свойствам и перспективам применения в различных областях технологий, техники и медицины. Многие лаборатории проводят эксперименты с композитными материалами на основе углеродных наночастиц и различных 2D-наноматериалов с целью создания на их основе чувствительных биосенсоров, разработки новых функциональных материалов для биологии и медицины. Широкий спектр практических применений требует фундаментальных знаний о структуре созданных композитов, энергии взаимодействия между компонентами и их спектральных характеристиках. Цель работы. Целью работы является исследование структурных особенностей биокомпозитных пленок оксида графена (GO) и дисульфида молибдена MoS2 с молекулами 5-бромурацила (5BrU) и 5-бром-2’-дезоксиуридина (5BrdU) и получение информации о взаимодействии между их компонентами на основании данных инфракрасной Фурье спектроскопии и квантово-химических расчетов. Материалы и методы. Для измерений использовался вакуумируемый инфракрасный Фурье спектрометр. Композитные пленки создавали капельным методом на основе оксида графена фирмы GRAPHENEA, водной суспензии порошка дисульфида молибдена MoS2, а также биомолекул 5BrU и 5BrdU. Для квантово-химических расчетов модельных структур использовалась программа Gaussian 09, а также программа Firefly 8.0, в которой частично использован код программы GAMESS (USA). Результаты. Получены частоты и интенсивности инфракрасных полос поглощения биокомпозитных пленок (5BrU/GO, 5BrU/MoS2, 5BrdU/GO и 5BrdU/MoS2) с разным количеством биомолекул. Проведено отнесение полос поглощения композитных пленок к соответствующим типам нормальных колебаний. Определены энергии взаимодействия в модельных структурах. Установлена аморфность (разупорядоченность) структуры кластеров 5BrU в композитах 5BrU/GO при низкой концентрации биомолекул. Показано, что композиты MoS2 являются более неоднородными, чем композиты GO. Выводы. Полоса поглощения колебаний nCO с частотой 1783 см-1, а также полосы внеплоскостных деформационных колебаний γNH 5BrU чувствительны к структуре кластеров 5BrU в композитных пленках. Продемонстрировано, что в композитных пленках оксид графена влияет на конформационное равновесие 5BrdU. Установлено, что структуры со стэкингом между пиримидиновым кольцом нуклеозида и базальной плоскостью оксида графена являются наиболее энергетически выгодными.
Keywords
