DNA เปิดเผยทรัพย์สินอิเล็กทรอนิกส์อื่น

อัปเดต: 6 สิงหาคม 2023

ยังไม่เป็นไปได้ในแง่ที่เป็นประโยชน์ใดๆ DNA มีศักยภาพที่จะเป็นแกนหลักสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ระดับโมเลกุล - อิเล็กทรอนิกส์ในระดับที่เล็กที่สุด - และสำหรับนักวิทยาศาสตร์คนนี้กำลังไล่ตามโครงสร้างและทดสอบการดัดแปลงเพื่อค้นหาคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ไม่เป็นเชิงเส้นและพฤติกรรมการสลับที่เป็นประโยชน์ .

ที่สถาบันโตเกียว เทคโนโลยีทีมงานได้เชื่อมต่อสาย DNA สั้นๆ ซึ่งมีความยาวนิวคลีโอไทด์ 90 นิวคลีโอไทด์ ที่เรียกว่า '90-mer' (เหมือนโพลีเมอร์) ด้วยวิธีที่ผิดปกติ และพบว่ามีทั้งสภาพนำไฟฟ้า คุณลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้น และธรรมชาติในการซ่อมแซมตัวเอง

การทดลองนี้เกี่ยวข้องกับกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดแบบอุโมงค์ (STM) ที่มีปลายโพรบสีทอง พื้นผิวสีทอง และสายดีเอ็นเอ

ตามที่มหาวิทยาลัยระบุ วิธีปกติในการดูเกลียวดังกล่าวคือการจับทางยาวระหว่างปลายโพรบของกล้องจุลทรรศน์กับพื้นผิว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความต้านทานเพิ่มขึ้นตามความยาวจนกว่าจะวัดค่าอะไรไม่ได้มาก

สิ่งที่ทีมโตเกียวทำคือการวัดข้ามเส้นแทนที่จะวัดตามเส้นนั้น

พวกเขาทำให้ปลายด้านหนึ่งของเกลียว 'เหนียว' โดยพันธะอะตอมของกำมะถันแยกจากกันแต่ละสายที่ประกอบเป็นเกลียวคู่ของ DNA 90-mer

เมื่อกำมะถันเกาะกับทองคำ ปลายด้านหนึ่งที่มีกำมะถัน 90 เมอร์จะเกาะติดกับพื้นผิวที่ปลายด้านหนึ่ง (ด้านบนซ้าย).

โดยการนำทิป STM สีทองมาไว้ใกล้กับ DNA ที่ติดอยู่ บางครั้งพวกมันอาจหยิบปลายเพียงเส้นเดียวของ 90-mer ทิ้งไว้ โดยปล่อยให้สายเดี่ยวอีกเส้นติดอยู่กับซับสเตรต (แผนภาพด้านขวา). ซึ่งช่วยให้นักวิจัยวัดลักษณะทางไฟฟ้าของสาย DNA ที่มีความยาวปานกลางได้เป็นครั้งแรก

นักวิจัยพบว่าค่าการนำไฟฟ้าสูง เปิดเผยโดยการสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีว่าเกิดจากอิเล็กตรอน π ที่แยกตัวออกจากตำแหน่งซึ่งเคลื่อนที่อย่างอิสระรอบโมเลกุล

เมื่อพวกเขาดึงโพรบออกจากพื้นผิว พวกเขาพบการหักงอในเส้นโค้งการนำระยะทาง – น่าเสียดายที่ยากที่จะเห็นในกราฟที่จัดทำโดยมหาวิทยาลัย (ซ้าย) เนื่องจากมีการซ้อนทับการวัดหลายพันครั้ง รอยหยักรวมกันทำให้เกิดรอยด่างดำด้านล่าง G/G0= การนำไฟฟ้า 0.002 และการเคลื่อนที่เหนือ ~ 0.1nm

"ที่ราบเดียวและการสลายตัวของสื่อกระแสไฟฟ้าที่ตามมาในร่องรอยบ่งชี้ว่าที่ราบสูงเหล่านี้เกิดจากการแยกโมเลกุลเดี่ยวที่มี DNA" ตามรายงานของทีมงานในบทความที่ตีพิมพ์ใน Nature Communications

สิ่งนี้และค่าการนำไฟฟ้าที่สูงเป็นสิ่งที่ทำให้นักวิจัยซึ่งขณะนี้มีความเข้าใจในกระบวนการอย่างสมบูรณ์เพื่อสรุปว่านี่เป็นความรู้ที่เป็นประโยชน์สำหรับ DNA ในอนาคต วงจรไฟฟ้า นักออกแบบที่จะใช้ประโยชน์

การทดลองยังเปิดเผยว่าสาย DNA จะคลี่คลายหากปลายถูกดึงออก แล้วเชื่อมต่อใหม่โดยธรรมชาติโดยไม่มีความเสียหายตกค้างเมื่อโพรบลงมาอีกครั้ง 90-mer แสดงลักษณะแปลก ๆ บางอย่างในขณะที่สิ่งนี้เกิดขึ้น อธิบายไว้ในเอกสาร Nature พร้อมกับ กลไกที่เป็นไปได้

สุดท้าย หากซับสเตรตถูกเคลือบด้วยเกลียว 'ครึ่งดีเอ็นเอ' ประเภทหนึ่ง และครึ่งสายของคู่หูวางอยู่บนปลายโพรบ DNA 90 เมอร์จะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติเมื่อโพรบถูกเคลื่อนย้ายใกล้กับซับสเตรต

คุณสมบัติสองประการสุดท้ายนี้แนะนำการประกอบตัวเองที่แข็งแกร่งหากวงจรในอนาคตต้องการ

สามารถอ่านรายละเอียดทั้งหมดได้โดยไม่ต้องชำระเงินในเอกสาร Nature Communications เรื่อง 'จุดแยกโมเลกุลเดี่ยวที่กู้คืนตามธรรมชาติโดย DNA zipper'