92 i 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.wiley-vch.de/home/muw Binding of polynucleotides with single-walled carbon nanotubes: Effect of temperature Die Bindung von Polynucleotiden an einwandigen Kohlenstoffnanoröhren: Einfluss der Temperatur G.O. Gladchenko 1 , O.S. Lytvyn 2 , M.V. Karachevtsev 1 , V.A. Valeev 1 , V.S. Leontiev 1 , V.A. Karachevtsev 1 The effect of the change of the temperature (in the range from 20 8C to 90 8C) on the light absorption intensity of water suspensions of nanohybrids formed with single-walled carbon nanotubes (SWNT) and single-stranded polyriboadenylic acids, poly(rA), and polyribocytidylic acids, poly(rC), was studied. Different degrees of the polymer coating of nanotube surfaces were found by atomic force microscopy (AFM). According to UV-vis absorption spectroscopy data, homopolymer adsorption onto the nanotube is followed with changes in optical characteristics of both, the polymer and SWNT, as a result of pp-stacking interaction of the polymer with the tube surface. Upon poly(rA) wrapping on the nanotubes, a significant part of its bases keeps self-stacking while upon adsorption of the more rigid poly(rC), it is almost completely disor- dered. Spectroscopic data can be explained by a polymer re-orientation on the nanotube with the heating that provides the optimal pp-stacking of nitrogen bases with the carbon surface. The increase of the temperature up to 90 8C does not result in the polymer slipping off the nano- tube and in a noticeable nanotube precipitation. Keywords: Nanohybrid / Single-walled carbon nanotubes / Nucleic acids / UV-vis spectroscopy / Atomic force microscopy / Es wurde der Einfluss der Temperatur im Bereich von 20 8C bis 90 8C auf die Lichtabsorption von wässrigen Suspensionen von Nanohybriden aus einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (SWNT) und Polyriboadenylsäure (Poly(rA)) und Polyribocytidylsäure (Poly(rC)) untersucht. Der unter- schiedliche Grad der Polymerbedeckung der Oberfläche der Nanoröhre wurde mit einem Raster- kraftmikroskop (AFM) untersucht. Nach dem UV-vis Absorptionsspektrum wird die Adsorption des Homopolymers auf einer Nanoröhre von der ¾nderung optischer Eigenschaften sowohl der Nukleinsäure als auch der SWNTs begleitet. Die Ursache ist die pp-Stacking-Wechselwirkung zwi- schen der Nanoröhre und der Nukleinsäure. Poly(rA) behält beim Aufwickeln auf die Nanoröhre den wesentlichen Anteil des Basen-Stackings, während das steifere Poly(rC) bei der Adsorption nahezu jede Ordnung verliert. Die Erwärmung der Nukleinsäure führt zu seiner Reorganisation auf der Nanoröhre, wobei die pp-Wechselwirkung der Stickstoffbasen zunimmt. Eine Tempera- turerhöhung auf 90 8C führt weder zur Desorption des Polymers von der Nanoröhre noch zu einer Ausfällung der Nanoröhren. Schlüsselwörter: Nanohybride / einwandige Kohlenstoffnanoröhren / Nukleinsäuren / UV-vis Spektrosko- pie / Rasterkraftmikroskopie / 1 Introduction Among various carbon forms such as diamond, graphite, fuller- enes and nanotubes the last are the most technologically perspec- tive due to their peculiar properties of bonds of sp 2 -hybridized car- bon atoms. Single-walled carbon nanotubes (SWNT) are known for their unsurpassed physical characteristics such as mechani- cal rigidity, mobility of carriers in semiconducting and electro- conductivity of metallic SWNTs [1]. Due to their unusual geome- try, structural and electronic properties, carbon nanotubes can be used in molecular electronics [2, 3]. During last years an increased interest was observed in SWNT applications in biology and medicine as biosensors [4, 5], label-free schemes for optical [6, 7] and electronic [8, 9] detection of DNA hybridization. However, the surface hydrophobicity of these objects pre- cludes their effective industrial application. Nanotube function- alization by polymers permits to address this problem. Adsorbed on carbon surfaces, a thin polymer layer can provide physical 1 B.I. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, Kharkov, Ukraine 2 V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Kyiv, Ukraine Corresponding author: G.O. Gladchenko, B.I. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering, Lenin Ave. 47, 61103 Kharkov, Ukraine E-mail: gladchenko@ilt.kharkov.ua DOI 10.1002/mawe.201100738 Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 2011, 42, No. 2