Il DNA rivela un'altra proprietà elettronica

Non ancora possibile in alcun senso utile, il DNA ha il potenziale per essere la spina dorsale per i circuiti elettronici molecolari - l'elettronica su scala più piccola - e verso questo scienziato stanno cercando attraverso la sua struttura e testando modifiche per trovare utili caratteristiche elettriche non lineari e comportamenti di commutazione .

Presso l'Istituto di Tokio Tecnologia, un team ha collegato un breve filamento di DNA – lungo 90 nucleotidi, chiamato “90-mer” (come un polimero) – in un modo insolito e ha scoperto sia la conduttività, una caratteristica non lineare che una natura autoriparatrice.

L'esperimento prevede un microscopio a effetto tunnel (STM) con una punta della sonda d'oro, un substrato d'oro e il filamento di DNA.

Secondo l'università, il modo usuale di osservare tali fili è di catturarne uno a lungo tra la punta della sonda del microscopio e il substrato, e questo rivela che la resistenza aumenta con la lunghezza fino a quando non si può misurare molto.

Quello che il team di Tokyo ha fatto è stato misurare attraverso il filo invece che lungo di esso.

Hanno reso "appiccicosa" un'estremità del filamento legando separatamente gli atomi di zolfo a ciascuno dei singoli filamenti che compongono l'elica a doppio filamento del DNA 90-mer.

Poiché lo zolfo si lega all'oro, i 90-meri con punta di zolfo si sono attaccati al substrato per un'estremità (in alto a sinistra).

Avvicinando la punta dell'STM d'oro al DNA attaccato, a volte potevano raccogliere l'estremità di uno solo dei singoli filamenti del 90-mer, lasciando l'altro singolo filamento attaccato al substrato (diagramma a destra). Ciò ha permesso ai ricercatori di misurare per la prima volta le caratteristiche elettriche su un filamento di DNA di media lunghezza.

Secondo i ricercatori, la conduttività è risultata elevata, rivelata dai modelli teorici dovuta agli elettroni π delocalizzati che si muovono liberamente attorno alla molecola.

Quando hanno estratto la sonda dal substrato, hanno trovato un nodo nella curva distanza-conduttanza, purtroppo difficile da vedere nel grafico fornito dall'università (a sinistra) poiché migliaia di misurazioni sono sovrapposte. I nodi combinati formano la macchia scura appena sotto G/G₀=0.002 conduttività e oltre spostamento di ~0.1 nm.

"Il singolo plateau e il successivo decadimento della conduttanza nelle tracce indicano che questi plateau sono attribuiti alla giunzione a singola molecola che contiene il DNA", secondo il team in un articolo pubblicato su Nature Communications.

Questo e l'elevata conduttività è ciò che porta i ricercatori, che ora hanno una piena presa teorica sui processi, a concludere che questa è una conoscenza utile per il futuro DNA circuito designer da sfruttare.

Gli esperimenti hanno anche rivelato che il filamento di DNA si disfarebbe se le estremità venissero tirate, e poi si riconnettesse spontaneamente senza danni residui quando la sonda scendeva di nuovo - il 90-mer mostrava alcune strane caratteristiche mentre ciò accadeva, descritto nel documento Nature insieme a un possibile meccanismo

Infine, se il substrato è stato rivestito con un tipo di filamento "mezzo DNA" e i semifili partner sono stati depositati sulla punta della sonda, il DNA 90-mer si è formato spontaneamente quando la sonda è stata spostata vicino al substrato.

Queste ultime due caratteristiche suggeriscono un robusto autoassemblaggio nel caso in cui i circuiti futuri ne abbiano bisogno.

I dettagli completi possono essere letti senza pagamento nel documento di Nature Communications "Giunzione a molecola singola spontaneamente ripristinata da cerniera del DNA".