Ученые установили, что сложные структуры ДНК позволили использовать ее в электронных устройствах нового века с соединениями, состоящими только из одной молекулы ДНК, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Communications.
В каждом развитом организме молекула ДНК образует генетический код. Современные технологии выводят ДНК на один шаг за пределы живой материи и позволяют использовать ее в электронных устройствах. Однако, как и в случае с любым амбициозным начинанием, есть препятствия, которые необходимо преодолеть. Оказывается, проводимость одной молекулы резко падает с увеличением длины молекулы, поэтому для электрических измерений можно использовать только очень короткие участки ДНК. Есть ли способ обойти эту проблему?
Действительно, есть предложение исследователей из Японии в новом прорывном исследовании. Им удалось достичь нетрадиционно высокой проводимости с помощью длинного соединения на основе молекул ДНК в конфигурации «молния», которая также демонстрирует замечательную способность к самовосстановлению при электрическом сбое.
Как исследователи достигли этого? Доктор Томоаки Нисино из Токийского технологического института (Япония), который принимал участие в этом исследовании, объясняет: «Мы исследовали перенос электронов через соединение одной молекулы ДНК «застежки-молнии», которая ориентирована перпендикулярно оси наноразрыва между двумя металлами. Это соединение одной молекулы отличается от обычного не только конфигурацией ДНК, но и ориентацией относительно оси нанощели».
Команда использовала 10-мерную и 90-мерную нити ДНК (которые указывают количество нуклеотидов, основных строительных блоков ДНК, составляющих длину молекулы), чтобы сформировать структуру, похожую на молнию, и прикрепила их либо к поверхности золота, либо к металлический наконечник сканирующего туннельного микроскопа, инструмента, используемого для изображения поверхностей на атомном уровне. Разделение между кончиком и поверхностью составляло «наноразрыв», который был модифицирован ДНК застежки-молнии.
Измеряя величину, называемую «туннельным током» через этот наноразрыв, команда оценила проводимость соединений ДНК по отношению к голому наноразрыву без ДНК. Кроме того, они выполнили моделирование молекулярной динамики, чтобы понять свои результаты в свете лежащей в основе динамики «распаковки» соединений.
К своему удовольствию, они обнаружили, что соединение одной молекулы с длинной 90-членной ДНК показало беспрецедентно высокую проводимость. Моделирование показало, что это наблюдение можно отнести к системе делокализованных электронов, которые могут свободно перемещаться в молекуле. Моделирование также предложило кое-что еще более интересное: соединение одной молекулы могло фактически восстанавливаться, то есть переходить от «разархивированного» к «застегнутому», спонтанно после электрического сбоя! Это показало, что соединение одной молекулы было одновременно упругим и легко воспроизводимым.
После этих открытий команда воодушевлена их будущими разветвлениями в области технологий. Оптимистичный доктор Нишино предполагает: «Стратегия, представленная в нашем исследовании, может обеспечить основу для инноваций в наноразмерной электронике с превосходным дизайном одномолекулярной электроники, которая, вероятно, может произвести революцию в нанобиотехнологии, медицине и смежных областях».
Фото: rawpixel / 123RF
