DNA onthult nog een elektronische eigenschap

Nog niet mogelijk in enige bruikbare zin, DNA heeft het potentieel om de ruggengraat te zijn voor moleculaire elektronische circuits - elektronica op de kleinste schaal - en naar deze wetenschapper jagen door zijn structuur en testen modificaties om bruikbare niet-lineaire elektrische kenmerken en schakelgedrag te vinden .

Aan het Tokyo Institute of Technologieheeft een team een ​​korte DNA-streng – 90 nucleotiden lang, een zogenaamde '90-mer' (zoals polymeer) – op een ongebruikelijke manier met elkaar verbonden en zowel geleidbaarheid, een niet-lineaire eigenschap als een zelfherstellende aard gevonden.

Het experiment omvat een scanning tunneling microscoop (STM) met een gouden sondepunt, een gouden substraat en de DNA-streng.

Volgens de universiteit is de gebruikelijke manier om naar dergelijke strengen te kijken, een lange weg tussen de punt van de microscoopsonde en het substraat te vangen, en dit laat zien dat de weerstand met de lengte toeneemt totdat er niet veel meer kan worden gemeten.

Wat het Tokyo-team deed, was over het strand meten in plaats van erlangs.

Ze maakten het ene uiteinde van de streng 'plakkerig' door zwavelatomen afzonderlijk te binden aan elk van de enkele strengen die de dubbelstrengs helix van het DNA 90-meer vormen.

Terwijl zwavel zich aan goud bindt, kleefden de 90-meren met zwavelgetipte aan één uiteinde aan het substraat (linksboven).

Door de gouden STM-tip dicht bij het aangehechte DNA te brengen, konden ze soms het uiteinde van slechts één van de enkele strengen van het 90-meer oppakken, waardoor de andere enkelstreng aan het substraat bleef kleven (diagram rechts). Hierdoor konden de onderzoekers voor het eerst de elektrische kenmerken over een middellange DNA-streng meten.

De geleidbaarheid bleek hoog te zijn, wat volgens theoretische modellering te wijten was aan gedelokaliseerde π-elektronen die vrij rond het molecuul bewegen, aldus de onderzoekers.

Toen ze de sonde van het substraat wegtrokken, ontdekten ze een knik in de afstand-geleidingscurve - helaas moeilijk te zien in de grafiek van de universiteit (links) omdat duizenden metingen over elkaar heen worden gelegd. De gecombineerde knikken vormen de donkere vlek net onder G/G₀= 0.002 geleidbaarheid en meer dan ~ 0.1 nm verplaatsing.

"Het enkele plateau en het daaropvolgende geleidingsverval in de sporen geven aan dat deze plateaus worden toegeschreven aan de enkelvoudige molecuulovergang die DNA bevat", aldus het team in een paper gepubliceerd in Nature Communications.

Dit en de hoge geleidbaarheid is wat de onderzoekers, die nu een volledige theoretische greep op de processen hebben, ertoe brengt te concluderen dat dit nuttige kennis is voor toekomstig DNA circuit ontwerpers te exploiteren.

De experimenten onthulden ook dat de DNA-streng zou ontrafelen als aan de uiteinden zou worden getrokken, en dan spontaan opnieuw zou verbinden zonder restschade wanneer de sonde weer afdaalde - de 90-meer vertoonde enkele vreemde kenmerken terwijl dit gebeurt, beschreven in de Nature-paper samen met een mogelijk mechanisme.

Ten slotte, als het substraat was gecoat met één type 'halve DNA'-streng en de partner-halve strengen werden afgezet op de sondepunt, vormde zich spontaan 90-meer-DNA wanneer de sonde dicht bij het substraat werd bewogen.

Deze laatste twee kenmerken suggereren een robuuste zelfassemblage als toekomstige circuits dit nodig hebben.

Alle details zijn zonder betaling te lezen in de Nature Communications paper 'Single-molecule junction spontaan hersteld door DNA zipper'.