Из ДНК сделали самый маленький в мире диод

Израильско-американская группа химиков создала самый маленький диод — выпрямитель электрического тока. Устройство представляет собой короткий фрагмент ДНК, в который введены (интеркалированы) две посторонние молекулы. Несмотря на симметричность использованной ДНК, проводимость для электрического тока различается в разных направлениях в 15 раз. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Бена-Гуриона в Негеве.

В основе выпрямителя авторы использовали олигонуклеотид, состоящий из 11 оснований. При этом, концевые участки — по четыре нуклеотида — являются палиндромами, иными словами, комплементарны сами себе. Центральная часть этой ДНК состоит из трех адениновых фрагментов, поэтому в растворе две таких молекулы могут соединиться «хвостами», но не средней частью. 

Однако эта ситуация меняется, если интеркалировать — ввести в молекулу ДНК без образования прочных химических связей — небольшую органическую молекулу. Химики использовали в своем исследовании коралин, способный связывать между собой пары аденин-аденин. По словам авторов, в ДНК встраивалось две молекулы вещества.

Схема эксперимента. Олигонуклеотидная последовательность: (5′-CGCGAAACGCG-3′-SH). Cunlan Guo et al. / Nature Chemistry, 2016

После образования комплекса ученые осаждали молекулы на золотую подложку и проводили измерения с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При этом химики добивались того, чтобы молекулы комплексов оказывались связаны одним концом с подложкой, а другим — с тонкой проводящей иглой микроскопа. Затем происходили измерения вольт-амперной характеристики. Ученые обнаружили, что значения тока при напряжениях около 1,1 вольта различаются в 15 раз, в зависимости от того, в каком направлении было приложено напряжение. Для свободной ДНК такого наблюдения не наблюдалось.

Вольт-амперная характеристика ДНК (синяя) и комплекса ДНК-коралин (красная). Cunlan Guo et al. / Nature Chemistry, 2016

Для того, чтобы выяснить причину наблюдаемого явления, авторы теоретически рассчитали электронную структуру молекулы. Оказалось, что главными «виновникоми» были молекулы коралина, вызывающие сильную пространственную асимметрию в олигонуклеотиде. По словам химиков, исследование предлагает новый способ создания молекулярных электронных компонентов, в основе которых лежат заранее смоделированные комплексы ДНК.

Ранее аналогичная методика измерений позволила химикам впервые катализировать реакцию электрическим полем. Вместо ДНК в работе использовались более простые органические молекулы, скорость взаимодействия между которыми определялась знаком приложенной разности потенциалов к подложке и игле.

Автор: Владимир Королёв


На базе молекулы ДНК создан диод рекордно малых размеров

Группа из Инженерного колледжа университета Джорджии, под руководством профессора Шу (Bingqian Xu) выделила индивидуальную молекулу ДНК, состоящую из 11 пар оснований, и подсоединила её к электронной схеме размером всего несколько нанометров. Сначала измерения тока, проходящего через молекулу не показания ничего необычного. Однако после того, как между слоями ДНК были встроены слои молекулы алкалоида коралина, соотношение между силой тока в прямом и обратном направлениях выросло в 15 раз.

«По сути дела, мы сконструировали молекулярный выпрямитель, внедряя особые небольшие молекулы в синтезированные цепочки ДНК», — пояснил профессор Шу.

Доктор Ени Дуби (Yoni Dubi) с химического факультета BGU и его студент Элинор Зера-Харуш (Elinor Zerah-Harush) разработали теоретическую модель молекулы ДНК в электронной цепи, которая позволила разобраться в результатах эксперимента. С её помощью ученые идентифицировали причину диодоподобного поведения молекулы — нарушение пространственной симметрии внутри ДНК из-за внедрения коралина.

«Создание и определение свойств самого маленького диода в мире является важной вехой в разработке устройств молекулярной электроники, — сообщил доктор Дуби. — Это позволит нам по-новому взглянуть на механизм электронного транспорта».

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

nplus1.ru

ko.com.ua