לקראת שיקום עצמי של מכשירים אלקטרוניים עם מולקולות DNA ארוכות

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


בכל אורגניזם מתקדם, המולקולה הנקראת DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית, אם להשתמש בשמה המלא) יוצרת את הקוד הגנטי. הטכנולוגיה המודרנית לוקחת את ה-DNA צעד אחד מעבר לחומר חי; מדענים קבעו שהמבנים המורכבים של ה-DNA אפשרו להשתמש בו במכשירים אלקטרוניים בני העידן החדש עם צמתים הכוללים רק מולקולת DNA אחת. עם זאת, כמו בכל מאמץ שאפתני, יש קשיים להתגבר עליהם. מתברר שמוליכות המולקולה הבודדת יורדת בחדות עם אורך המולקולה כך שרק קטעי DNA קצרים במיוחד מועילים למדידות חשמליות. האם יש דרך לעקוף את הבעיה הזו?

יש, אכן, הצעות לחוקרים מיפן במחקר פורץ דרך חדש. הם הצליחו להשיג מוליכות גבוהה באופן לא שגרתי עם צומת ארוך המבוסס על מולקולת DNA בתצורת "רוכסן" שמציגה גם יכולת שיקום עצמי יוצאת דופן תחת כשל חשמלי. תוצאות אלו פורסמו כמאמר מחקר ב תקשורת טבע.

כיצד השיגו החוקרים את ההישג הזה? ד"ר טומואקי נישינו מטוקיו טק, יפן, שהיה חלק מהמחקר הזה, מסביר, "חקרנו את הובלת אלקטרונים דרך צומת מולקולה בודדת של DNA 'רוכסן', המכוון בניצב לציר של ננו-גאפ בין שתי מתכות. הצומת החד-מולקולה הזו שונה מזו הרגילה לא רק בתצורת ה-DNA אלא גם בכיוון ביחס לציר ננוגאפ".

הצוות השתמש בגדיל DNA של 10 מרים ו-90 מרים (המציינים את מספר הנוקלאוטידים, אבני הבניין הבסיסיות של ה-DNA, הכוללים את אורך המולקולה) כדי ליצור מבנה דמוי רוכסן והצמיד אותם למשטח זהב או ל קצה המתכת של מיקרוסקופ מנהור סורק, מכשיר המשמש לצילום משטחים ברמה האטומית. ההפרדה בין הקצה למשטח היוותה את ה"ננוגאפ" ששונה עם ה-DNA הרוכסן.

על ידי מדידת כמות הנקראת "זרם מנהור" על פני הננו-גאפ הזה, הצוות העריך את המוליכות של חיבורי ה-DNA מול ננו-גאפ חשוף ללא DNA. בנוסף, הם ביצעו סימולציות של דינמיקה מולקולרית כדי להבין את התוצאות שלהם לאור הדינמיקה הבסיסית של "פתיחת רוכסן" של הצמתים.

לשמחתם, הם גילו שהצומת של מולקולה בודדת עם ה-DNA הארוך של 90 מרים הראה מוליכות גבוהה חסרת תקדים. ההדמיות גילו שניתן לייחס את התצפית הזו למערכת של π-אלקטרונים דה-לוקאליים שיכולים לנוע בחופשיות במולקולה. ההדמיות גם הציעו משהו מעניין עוד יותר: הצומת של מולקולה בודדת יכול למעשה לשחזר את עצמו, כלומר לעבור מ"מכווץ" ל"מכווץ", באופן ספונטני לאחר תקלה חשמלית! זה הראה שהצומת של מולקולה אחת היה גם גמיש וגם ניתן לשחזור בקלות.

בעקבות התגליות הללו, הצוות נרגש מההשלכות העתידיות שלהם בטכנולוגיה. ד"ר נישינו אופטימי משער, "האסטרטגיה שהוצגה במחקר שלנו עשויה לספק בסיס לחידושים באלקטרוניקה בקנה מידה ננומטרי עם עיצובים מעולים של אלקטרוניקה בעלת מולקולה בודדת, שעלולים לחולל מהפכה בננו-ביוטכנולוגיה, רפואה ותחומים קשורים".

מקור הסיפור:

חומרים המסופק על ידי המכון הטכנולוגי של טוקיו. הערה: ניתן לערוך את התוכן לפי הסגנון והאורך.

.



קישור לכתבת המקור – 2021-11-02 19:17:01

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס

עוד מתחומי האתר