امکان‌سنجی تئوری استفاده از نانوحلقۀ کربنی آرمچیر و زیگزاگ برای توالی‌یابی مولکول زیستی دی‌ان‌ای به روش نظریة تابعی چگالی

خداپرست, اسحاق; قاسم نژند, محمد; مرصوصی, فرح

doi:10.47176/ijpr.22.4.51450

امکان‌سنجی تئوری استفاده از نانوحلقۀ کربنی آرمچیر و زیگزاگ برای توالی‌یابی مولکول زیستی دی‌ان‌ای به روش نظریة تابعی چگالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

اسحاق خداپرست

محمد قاسم نژند

فرح مرصوصی

گروه فیزیک، دانشکدة مهندسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

https://doi.org/10.47176/ijpr.22.4.51450

چکیده

در این پژوهش برهمکنش بازهای دی‌ان‌ای با نانوحلقههای آرمچیر (Armchair) و زیگزاگ (Zigzag) بررسی شدند. مطالعات بر پایة نظریة تابعی چگالی براساس تابعی هیبریدی B3LYP است. برای بالا بردن دقت مطالعه از تصحیح انرژی واندروالسی ناشی از برهمکنش دوقطبی استفاده شده است. انتقال بار الکتریکی خالص بین پایه های دی‌ان‌ای با نانوحلقه مشاهده نشد. این موضوع نشان از جذب فیزیکی بین نانوحلقه و پایه‌های دی‌ان‌ای است. مقدار برهمکنش بین نانوحلقۀ کربنی آرمچیر(9/9) و نانوحلقۀ زیگزاگ (15/0) به ترتیب به صورت گوانین > آدنین > سیتوزین > تیمین و آدنین ≈ گوانین > سیتوزین > تیمین است. بنابراین احتمالاً نانوحلقۀ آرمچیر(9/9) توانایی توالی‌یابی مولکول دی‌ان‌ای را دارد.

کلیدواژه‌ها

توالی‌یابی دی ان ای

نانوحلقۀ کربنی

نظریۀ تابعی چگالی

انرژی اتصال

تصحیح واندروالسی

20.1001.1.16826957.1401.22.4.20.6

موضوعات

مواد نانو

عنوان مقاله English

Theoretical investigation of using armchair and zigzag ‎carbon nano rings for DNA sequencing based on density ‎functional theory

نویسندگان English

Eshagh Khodaparast Siyahmazgi

Mohammad Qasemnazhand

Farah Marsusi

Department of Physics, Amirkabir university of technology, Tehran‎, Iran

چکیده English

Based on density functional theory (DFT) at the B3LYP level, we investigated the interaction of DNA nucleobases with carbon nano-rings in armchair and zigzag shapes. Van der Waals correction was applied to describe the long range term of bipolar interaction. Results indicate that a net electric charge was not transferred between the DNA bases and the carbon nano-rings. This indicates the interaction is of physical type. Outcomes show the following order for the strength of the interaction between the carbon nano-ring (9,9) and the four DNA nucleobases: guanine > adenine > cytosine > thymine. The corresponding order for the zigzag carbon nano-ring (15.0) is adenine ≈ guanine > cytosine > thymine, suggesting carbon nano-ring (9,9) may have a potential to specify the sequencing of DNA.

کلیدواژه‌ها English

DNA sequencing

Carbon Nano Ring

Density Functional Theory

Binding Energy

Van-Der-Waals correction

J D Ligt, et al., New England Journal of Medicine 367 (2012) 1921.
C Bettegowda, et al., Science translational medicine 6 (2014) 224ra24.
A Zou, et al., The Journal of Physical Chemistry B 124 (2020) 9490.
Y Goto, et al., Journal of human genetics 65(2020) 69.
Y Cai, et al., Plant communications 2 (2021) 100106.
A R Yadav, S K Mohite, Research Journal of Pharmaceutical Dosage Forms and Technology 12 (2020) 301.
M Qasemnazhand, F Khoeini, F Marsusi, Research Square (2021).
Kumar, N Thakur, and M Sharma. AIP Conference Proceedings 2265 (2020) 030352.
A S Kordbacheh, A Kia, and E Nadimi, Iranian Conference on Electrical Engineering-ICEE (2017) 498.
R L Kumawat, et al., ACS applied materials & interfaces 11 (2018) 219.
Y Wang, The Journal of Physical Chemistry C 112 (2008) 14297.
D Umadevi, G N Sastry, The Journal of Physical Chemistry Letters 2 (2011) 1572.
M Eslami, A A Peyghan. Thin Solid Films 589 (2015) 52.
A Das, et al., Chemical Physics Letters 453 (2008) 266.
S J Sowerby, et al. Proceedings of the National Academy of Sciences 98 (2001) 820.
H Liu, et al., Science 327 (2010) 64.
J He, et al., Journal of Physics: Condensed Matter 22 (2010) 454112.
N Varghese, et al., ChemPhysChem 10 (2009) 206.
S Grimme, et al., The Journal of chemical physics 132 (2010) 154104.
J Ireta, et al., The Journal of Physical Chemistry A 108 (2004) 5692.
A D Becke, Chem. Phys 98 (1993) 5648.
M Qasemnazhand, F Khoeini, and F Marsusi, Results in Physics (2022) 106066.
R Jasti, et al., Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 17646.
T Hayashi, et al., Nano letters 3 (2003) 887.
M Qasemnazhand, F Khoeini, F Marsusi, Scientific reports 11 (2021) 1.
F Marsusi, M Qasemnazhand, Nanotechnology 27 (2016) 275704.
M Qasemnazhand, F Khoeini, and S Shekarforoush, New Journal of Chemistry 43 (2019) 16515.
M Qasemnazhand, F Marsusi, Journal of Research on Many-body Systems 7 (2017) 77.
R Habibpour Gharacheh and R Vaziri, Journal of Research on Many-body Systems Special Issue 2 (2016) 11.
G Sivaraman, M Fyta, Nanoscale 6 (2014) 4225.
S Monavari, et al., Research Square (2022).
M Qasemnazhand and F Khoeini, F Marsusi, arXiv 2003 (2020) 09835.
M Qasemnazhand and F Khoeini, Nanoscale 8 (2021) 32.
L Mahdavian, Organic Chemistry Research 2 (2016) 102.
T Steiner, Angewandte Chemie International Edition 41 (2002) 48.
M Qasemnazhand, F. Khoeini, and M. Badakhshan, J. Phys. Res. 21 (2021) 441.
M Qasemnazhand, F Khoeini, and F Marsusi, Frontiers in Physics 9 (2021)
S M Monavari, et al., Scientific Reports 13, (2023) 3118.
M Qasemnazhand, F Khoeini, and M Badakhshan, Materials Today Chemistry 28 (2023) 101383.