Forskere laver sølv nanotråde baseret på DNA -molekyler

Et team af forskere fra Rusland og Israel, herunder forskere fra MIPT, har lavet nanotråde af DNA -molekyler og sølv -nanopartikler. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Avancerede materialer og findes på forsiden af ​​tidsskriftet.

Efterhånden som kredsløb og enheder bliver mindre og mere effektive, konventionel elektronik nærmer sig en teknologisk grænse. For at forbedre og miniaturisere elektriske og optiske enheder kræver nanoserede komponenter. En lovende tilgang er at vælge molekylær elektronik, som er baseret på enkeltmolekylekomponenter. Nanotråde kunne bruges som grundkomponent i kredsløb. Strukturen af ​​DNA og dets evne til selvsamling gør det til et meget praktisk molekyle til fremstilling af nanotråde.

"Hvis DNA -molekyler udviste varig elektrisk ledningsevne, vi ville snart se en ny generation af elektroniske kredsløb og elektriske enheder. Imidlertid, ledningsevnen for DNA er under nogle omstændigheder meget lav, især når molekylet er aflejret på et hårdt substrat. Vi fandt ud af, at et DNA-molekyle sammensat af guanin-cytosinpar (GC-DNA) kan interagere med sølvnanopartikler ved at 'fange' metalets atomer. Når sølvatomer indføres i DNA'et, molekylet undergår metallisering, "siger Dmitry Klinov, leder af Laboratory of Medical Nanotechnologies ved Federal Research and Clinical Center for Physico-Chemical Medicine og professor ved Institut for Molekylær og Translationsmedicin ved MIPT.

De spændende egenskaber ved DNA er ikke begrænset til evnen til at lagre genetisk information. Det er en af ​​hovedkandidaterne til, at nanoledere skal bruges i molekylær elektronik. Forfatterne af undersøgelsen afslørede en række særegne træk ved DNA i deres tidligere forskning. For det første, den udviser superledende egenskaber, når den placeres mellem to superledere (et fænomen kendt som nærhedsinduceret superledning). For det andet, DNA -molekylerne kan påvirke ladningstransport, men deres ledningsevne varierer afhængigt af det substrat, de aflejres på. Opladningstransport kan lettes ved at indføre metalatomer langs dobbeltstrengen, selv om det er svært at opnå deres jævne fordeling over hele molekylets længde. Som resultat, metallisering forekommer ikke i nogle områder af molekylet, hvilket forringer dens samlede elektriske ledningsevne. Forfatterne af undersøgelsen fandt ud af, at GC-DNA, som er lavet af en guaninstreng og en komplementær cytosinstreng, kan behandles med sølv nanopartikler for at give en ensartet metalliseret struktur.

Metallisering er en relativt enkel proces, der indebærer tilsætning af GC-DNA til en opløsning af sølvnanopartikler overtrukket med oligonukleotider og inkubering i to til tre dage. Partiklerne interagerer med DNA ved at donere deres atomer (se diagram), og til sidst er hele molekylet ensartet metalliseret. Forskerne omtaler det resulterende DNA-baserede molekyle som E-DNA (bogstavet E står for "elektrisk"). E-DNA er mere stift og mere modstandsdygtig over for mekanisk deformation end det kanoniske dobbeltstrengede DNA (dsDNA). Det fordøjes heller ikke af de enzymer, der er specifikke for modermolekylet. Som demonstreret ved atomkraftmikroskopi, E-DNA-molekylet har en øget højde (1,1 nm), sammenlignet med den overordnede dsDNA (0,7 nm).

"Da metalatomer fordeles jævnt langs DNA -molekylet, vi forventer, at nanotråden er en god dirigent, "forklarer Dmitry Klinov.

Teamet planlægger at foretage yderligere forskning i egenskaberne ved E-DNA og metalliseringsmekanismer.