DNA芯片上的刷状效应:热力学、动力学与设计准则

在生物学实验中,寡核苷酸微阵列与长核酸(NA)靶标溶液接触。由此杂交的探针带有长尾。当寡核苷酸探针的表面密度足够高时,由于NA尾的相互拥挤,杂交进程导致聚电解质刷的形成。与刷相关的自由能罚改变了杂交等温线与速率方程:可达到的杂交程度与杂交速率均显著降低。当平衡杂交分数 $x_{eq}$ 较低时,杂交遵循朗缪尔型等温线 $x_{eq}/(1-x_{eq}) = c_t K$,其中 $c_t$ 为靶标浓度, $K$ 为平衡常数,由于壁效应其比体相值小 $(n/N)^{2/5}$ 倍,其中 $n$ 和 $N$ 分别表示探针和靶标中的碱基数。在较高的 $x_{eq}$ 下,当刷形成时,主导修正为 $x_{eq}/(1-x_{eq}) = c_t K \exp [ - const' (x_{eq}^{2/3} - x_B^{2/3})]$,其中 $x_B$ 对应于刷态的起始。两种机制下的变性速率常数相同。然而,刷态下的杂交速率常数较低,其主导修正为 $\exp [- const' (x^{2/3} - x_B^{2/3})]$。