[論文レビュー] Polymeric Behaviour of DNA: Theta Temperature and Good Solvent Cross-over of Gyration and Hydrodynamic Radii

Sharadwata Pan, P. Sunthar+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2011

DNA and Nucleic Acid Chemistry被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、温度および濃度の変化に伴う自己拡散性でないDNA溶液の粘度スケーリングをマッピングし、スケーリングされた濃度にべき乗則的依存性を示すことが判明した。有効指数は溶媒の性質パラメータzに支配され、θ温度は静的光散乱を用いて実験的に15°Cとして特定された。動的光散乱を用いて溶媒の性質が定量化され、DNAの流体力学的および回転半径の挙動を記述する普遍的なクロスオーバー スケーリング関数が確立された。

ABSTRACT

The scaling behaviour of the zero shear rate viscosity of semidilute unentangled DNA solutions, in the double crossover regime driven by temperature and concentration, is mapped out by systematic experiments. The viscosity is shown to have a power law dependence on the scaled concentration $c/c^*$, with an effective exponent that depends on the solvent quality parameter $z$. The determination of the form of this universal crossover scaling function requires the estimation of the $ heta$ temperature of dilute DNA solutions in the presence of excess salt, and the determination of the solvent quality parameter at any given molecular weight and temperature. The $ heta$ temperature is determined to be $T_ heta \approx 15^\circ$ C using static light scattering, and the solvent quality parameter has been determined by dynamic light scattering.

研究の動機と目的

• 温度および濃度の変化に伴う自己拡散性でないDNA溶液におけるゼロせん断粘度のスケーリング挙動を特徴づけること。
• θ溶媒と良好溶媒の領域間の遷移を支配する普遍的なクロスオーバー スケーリング関数を特定すること。
• 過剰な塩が存在する希釈DNA溶液におけるθ温度（T_θ）を静的光散乱を用いて特定すること。
• 動的光散乱を用いて、異なる分子量および温度における溶媒の性質パラメータzを定量化すること。
• 粘度スケーリングと溶媒の性質および温度駆動の遷移を結びつけるフレームワークを確立すること。

提案手法

• 自己拡散性でないDNA溶液における濃度および温度の範囲にわたる体系的な粘度測定。
• 静的光散乱を用いて、第二ビリアル係数の濃度依存性を分析し、θ温度（T_θ）を決定すること。
• 動的光散乱を用いて水力学的半径を測定し、溶媒の性質パラメータzを抽出すること。
• 濃度の重み付けされたスケール c/c* における粘度のスケーリング挙動の分析、ここでc*はオーバーラップ濃度である。
• 粘度データにべき乗則フィッティングを適用し、溶媒の性質パラメータzに依存する有効指数を抽出すること。
• 実験的に決定されたT_θおよびz値に基づいて、普遍的なクロスオーバー スケーリング関数を構築すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過剰な塩が存在する希釈DNA溶液のθ温度（T_θ）は、静的光散乱によってどのように特定されるか？
• RQ2 DNA溶液における溶媒の性質パラメータzは、分子量および温度にどのように依存するか？
• RQ3 二重クロスオーバー領域における、スケール濃度 c/c* に依存する粘度スケーリングの関数的形態は何か？
• RQ4 DNA鎖の水力学的および回転半径は、溶媒の性質および温度の変化にどのように応答するか？
• RQ5 DNA溶液におけるθ溶媒から良好溶媒への挙動の遷移を記述する普遍的なクロスオーバー スケーリング関数を確立できるか？

主な発見

• 過剰な塩が存在する希釈DNA溶液におけるθ温度（T_θ）は、静的光散乱を用いて実験的に約15°Cであると特定された。
• 動的光散乱を用いて、異なる分子量および温度における溶媒の性質パラメータzが定量的に決定された。
• 自己拡散性でないDNA溶液の粘度は、スケール濃度 c/c* に対してべき乗則的依存性を示し、その指数は溶媒の性質パラメータzに依存する。
• 粘度のスケーリング挙動は、θ溶媒と良好溶媒の領域間の遷移を記述する普遍的なクロスオーバー関数と整合的である。
• 温度および濃度に起因する二重クロスオーバー領域が成功裏にマッピングされ、水力学的および回転半径の性質に連続的な遷移が明らかになった。
• 本研究では、粘度スケーリング、溶媒の性質、および温度駆動の遷移との間の定量的関係が確立され、DNA溶液挙動の予測的モデリングが可能になった。