DNA-strenge, der udvælger nanorør, er første skridt til en praktisk kvantetråd

DNA, et molekyle berømt for at opbevare de genetiske tegninger for alt levende, kan også andre ting. I et nyt blad, forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) beskriver, hvordan skræddersyede enkeltstrenge af DNA kan bruges til at rense den meget ønskede "lænestol"-form af kulstof-nanorør. Lænestolsformede enkeltvægge carbon nanorør er nødvendige for at lave "kvantetråde" til lavt tab, langdistance elektricitet transmission og ledninger.

Single-wall carbon nanorør er normalt omkring en nanometer i diameter, men de kan være millioner af nanometer lange. Det er, som om du tog en et-atom-tyk plade af kulstofatomer, arrangeret i et sekskantet mønster, og krøllede det til en cylinder, som at rulle et stykke kyllingetråd sammen. Hvis du har prøvet sidstnævnte, du ved, at der er mange muligheder, afhængig af hvor omhyggeligt du matcher kanterne, fra pæn, perfekt matchede rækker af sekskanter, der ringer cylinderen, til rækker, der vikler sig ind i spiraler i forskellige vinkler - "kiraliteter" i kemikersprog.

Kiralitet spiller en vigtig rolle i nanorørs egenskaber. De fleste opfører sig som halvledere, men nogle få er metaller. En speciel chiral form - det såkaldte "lænestol carbon nanorør" - opfører sig som et rent metal og er den ideelle kvantetråd, ifølge NIST-forsker Xiaomin Tu.

Lænestole carbon nanorør kunne revolutionere elektriske strømsystemer, store og små, siger Tu. Ledninger lavet af dem forventes at lede elektricitet 10 gange bedre end kobber, med langt mindre tab, på en sjettedel af vægten. Men forskere står over for to forhindringer:at producere helt rene startprøver af lænestolsnanorør, og "kloner" dem til masseproduktion. Den første udfordring, som forfatterne bemærker, har været "et uhåndgribeligt mål".

At adskille en bestemt chiralitet af nanorør fra alle andre starter med at belægge dem for at få dem til at sprede sig i opløsning, som, overladt til sig selv, de vil klumpe sig sammen i en mørk masse. En række materialer er blevet brugt som dispergeringsmidler, inklusive polymerer, proteiner og DNA. NIST-tricket er at vælge en DNA-streng, der har en særlig affinitet til den ønskede type nanorør. I tidligere arbejde, *** teamleder Ming Zheng og kolleger demonstrerede DNA-strenge, der kunne selektere for en af ​​halvlederformerne af kulstof nanorør, et lettere mål. I dette nye blad, gruppen beskriver, hvordan de metodisk trådte igennem simple mutationer af det halvledervenlige DNA for at "udvikle" et mønster, der i stedet foretrak de metalliske lænestolsnanorør.

"Vi tror, ​​at det, der sker, er, at med det rigtige nanorør, DNA'et vikler sig spiralformet rundt om røret, " forklarer Constantine Khripin, "og DNA-nukleotidbaserne kan forbindes med hinanden på en måde svarende til, hvordan de binder i dobbeltstrenget DNA." Ifølge Zheng, "DNA'et danner denne stramme tønde omkring nanorøret. Jeg elsker denne idé, fordi det er en slags lås og nøgle. Lænestolens nanorør er en nøgle, der passer ind i denne DNA-struktur - du har denne form for molekylær genkendelse."

Når først målnanorørene er indhyllet med DNA'et, standard kemiteknikker såsom kromatografi kan bruges til at adskille dem fra blandingen med høj effektivitet.

"Nu hvor vi har disse rene nanorørprøver, " siger teammedlem Angela Hight Walker, "Vi kan undersøge den underliggende fysik af disse materialer for yderligere at forstå deres unikke egenskaber. Som et eksempel, nogle optiske egenskaber, der engang blev anset for at være tegn på metalliske carbon nanorør, er ikke til stede i disse lænestolsprøver."