ДНК, как электромеханический переключатель для наноразмерных вычислений

в 5:50, , рубрики: Биотехнологии, Блог компании iCover.ru, будущее здесь, днк, молекула, Молекулярная, нанотехнологии, Научно-популярное, Проводимость, Электрическая, электроника, метки:

Приветствуем вас на страницах блога iCover! Как доказала совместная группа исследователей из Вашингтонского и Калифорнийского университетов, изменение структуры и формы молекулы ДНК влечет за собой изменение ее электрической проводимости. Такая зависимость, по мнению ученых, позволяет использовать молекулу ДНК в качестве микроскопического электромеханического переключателя, который сможет быть использован в наноразмерных молекулярных вычислительных устройствах нового поколения.

ДНК, как электромеханический переключатель для наноразмерных вычислений - 1

Молекулы ДНК — носители генетической информации, обеспечивающей поддержание всех известных нам форм жизни. Вместе с тем, специфика структуры и свойства молекулы ДНК все чаще рассматриваются учеными, как возможность их использования в качестве уникального “строительного” наноматериала. В своих экспериментах группа специалистов пришла к выводу, что форма молекулы ДНК меняется в зависимости от химической среды, в которой она находится. Следующим основополагающим выводом стало наблюдение, что с изменение формы и структуры молекулы в некоторых пределах приводило к изменению ее электрической проводимости. Таким образом, в одних условиях молекула ДНК вела себя как изолятор, в других, как полноценный проводник электрического тока.

Знание принципов действия механизма изменения электрической проводимости ДНК и возможность модулировать с ее помощью электрический ток позволит создавать функциональные наноразмерные устройства, аналогичные транзисторам современных микропроцессоров, но работающие на принципах, кардинально отличных от тех, которые используются в современной электронике. ”Тенденция у уменьшению габаритных размеров компонентов электронных устройств неизбежно влечет за собой их усложнение и удорожание. Вместе с тем, устройства, изготовленные на основе ДНК можно будет запрограммировать таким образом, что они станут полностью самосборными и функциональными” – объяснил руководитель исследовательской группы, доцент факультета электрической и компьютерной техники Калифорнийского университета в Дэвисе Джош Хихэт (Josh Hihath). Ученый убежден: в электронных схемах будущего смогут быть объединены миллионы активных и функциональных молекулярных устройств. И неоспоримым преимуществом таких схем станет минимальное потребление ими электроэнергии.

Превратить молекулу ДНК в функциональный электромеханический коммутатор, по убеждению ученых, позволит технология динамического управления и изменения формы молекулы. Циклам переключения в эксперименте соответствовала одна из двух стабильных форм молекулы – т. н. “А” и “В” формы.

В роли А-формы выступила прекрасно знакомая нам правосторонне закрученная спираль дуплексной молекулы ДНК. При воздействии на нее этанола молекула сжималась, приобретая более компактную B – форму, в которой отдельные пары оснований и отдельные участки располагались под различными углами наклона по отношению друг к другу. Полученная В-форма молекулы демонстрировала повышенную электрическую проводимость. Удаление этанола из окружающей среды позволило молекуле вернуться к своей исходной А-форме с проводимостью, как минимум, на порядок меньшей, чем в случае формы В. Другими словами рассмотренный процесс является полностью обратимым и может быть повторен многократно.

image

Безусловно, учеными обоих университетов предприняты пока что только первые, но важные шаги – было экспериментально подтверждено, что направленно изменяемая молекула ДНК приобретает свойства, позволяющие использовать ее в молекулярной и биоэлектронике. Без ответа пока остается вопрос: каким образом будет осуществляться управление состоянием каждого из составляющих логическую схему наноразмерных молекулярных компонентов и управление общей схемой. Не менее интересным представляется и вопрос быстродействия подобных “молекулярных” схем.

“В итоге мы сумеем найти решение, позволяющее изменять форму молекулы не путем химического воздействия, а благодаря электрическому сигналу или определенным механическим способом” – уверен Джош Хихэт. – “… Это даст нам возможность индивидуального управления каждым из компонентов, а значит, и создания из них молекулярных электронных схем любой сложности”. По аналогии с древним японским искусством, метод, использованный американскими учеными, позволяющий создавать любые самособирающиеся двух- и трехмерные наноразмерные структуры называется “ДНК-оригами”.

Подробнее с результатами эксперимента можно ознакомиться на страницах публикации в журнале Nature Communications.

Источник.


Уважаемые читатели, мы всегда с удовольствием встречаем и ждем вас на страницах нашего блога. Мы готовы и дальше делиться с вами самыми свежими новостями, обзорными статьями и другими публикациями и постараемся сделать все возможное для того, чтобы проведенное с нами время было для вас полезным. И, конечно, не забывайте подписываться на наши рубрики.

Другие наши статьи и события

Автор: iCover.ru

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля