Науку обогнали: ученые создали серебряные наноцепи с помощью ДНК-матрицы.

Новости МирТесен

Молекула ДНК вызывает интерес не только как носитель генетической информации, но и рассматривается в качестве потенциального материала для создания нанопроводов, применяемых в молекулярной электронике.

Совместная международная группа исследователей из России (включая специалистов из Московского физико-технического института) и Израиля разработала нанопроволоки, используя молекулы ДНК и частицы серебра. О результатах данной работы сообщается в журнале Advanced Materials и помещены на обложку.

С течением времени электронные устройства становятся все более компактными и функциональными. Однако существующие технологии традиционной электроники приближаются к своим ограничениям, а создание эффективных наноэлементов остается актуальной задачей для уменьшения размеров и повышения характеристик электронных и оптических систем. В качестве перспективного решения рассматривается переход к молекулярной электронике, основанной на использовании отдельных молекул в роли электронных компонентов. Нанопроволоки могут служить основой для множества схем, и благодаря своей структуре и способности к самоорганизации, хорошо подошли бы для этой цели именно молекулы ДНК.

«Если бы молекулы ДНК демонстрировали стабильную проводимость электрического тока, создание нового поколения электронных схем и устройств было бы значительно упрощено. Однако в ряде случаев проводимость ДНК остается низкой, особенно при ее фиксации на твердой поверхности. Нам удалось установить, что ДНК, состоящая из гуанин-цитозиновых пар, способна взаимодействовать с частицами серебра и поглощать атомы этого металла, тем самым подвергаясь металлизации», — поясняет Дмитрий Клинов, руководитель лаборатории медицинских нанотехнологий ФНКЦ ФХМ и преподаватель кафедры молекулярной и трансляционной медицины МФТИ.

Молекула ДНК вызывает интерес не только благодаря своей роли в хранении генетической информации, но и как потенциальный материал для создания нанопроводов в молекулярной электронике. Ранее исследователи уже отмечали уникальные характеристики этой молекулы. Во-первых,В частности, при размещении между двумя сверхпроводящими материалами она демонстрирует признаки сверхпроводимости (явление, известное как наведённая сверхпроводимость). Во-вторых, молекулы ДНК способны самостоятельно осуществлять транспорт заряда, однако, эффективность зависит от подложки, на которую они нанесены. Перенос заряда через ДНК может быть усилен за счёт расположения атомов металлов вдоль цепи, но добиться равномерного покрытия сложно, и оставшиеся неметаллизированные фрагменты ДНК ухудшают способность проводить электричество. Авторы работы заметили, что ДНК, состоящую из цепи гуанина и комплементарной ей цепи цитозина (ГЦ-ДНК), можно равномерно металлизировать атомами серебра.

Процесс металлизации довольно прост: ГЦ-ДНК добавляют к раствору серебряных наночастиц, покрытых олигонуклеотидами, и выдерживаются в течение двух-трёх суток. В процессе взаимодействия частицы передают свои атомы молекуле ДНК (детализированная схема представлена далее). Это приводит к равномерному покрытию атомами серебра всей структуры ДНК, которую исследователи обозначают как Э-ДНК («Э» символизирует электрическую природу). Такая модифицированная молекула приобретает повышенную жёсткость и устойчивость к физическим воздействиям, а также становится невосприимчивой к ферментам, которые обычно разрушают исходные молекулы ДНК. При наблюдении в атомно-силовом микроскопе высота Э-ДНК увеличивается с 0,7 нанометра до 1,1 нанометра.

«Равномерное распределение атомов металла вдоль молекулы ДНК позволяет предположить, что полученная нанопроволока проявит хорошие проводящие свойства», — комментирует Дмитрий Клинов.

В рамках последующих исследований авторы планируют продолжить изучение характеристик Э-ДНК и выяснить детали процессов металлизации.