Ученые создали микроскопический электромеханический "выключатель" из молекулы ДНК - «Наука и технологии»

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Дэвисе и Вашингтонского университета продемонстрировала, что электрической проводимостью молекул ДНК можно управлять, вызывая изменения структуры молекулы. И это свойство позволило использовать молекулу ДНК в качестве рабочего элемента крошечного электромеханического выключателя, который, в свою очередь, можно использовать для создания наноразмерных вычислительных устройств. Молекулы ДНК являются носителем генетической информации, благодаря которым существуют все известные нам формы жизни, однако, в последнее время ДНК все чаще рассматривается в качестве наноматериала для изготовления большого количества самых разнообразных вещей.

Ученые добились изменения формы молекулы ДНК путем изменений среды, в которой находится эта молекула. При достаточно сильном изменении структуры молекулы ее электрическая проводимость также претерпевала кардинальные изменения, в одних случаях молекула была практически электрическим изолятором, в других - была способной проводить электрический ток. Такая возможность модулирования электрического тока позволит создать на основе ДНК целый ряд наноразмерных устройств, которые, в свою очередь, будут работать на принципах, кардинально отличных от принципов работы современной электроники.

"Поскольку электроника постоянно становится меньше, ее производство становится все сложней и дороже. Однако, устройства на основе ДНК можно программировать таким образом, что они будут собираться, приобретая законченную функциональную форму, полностью самостоятельно" - рассказывает Джош Хихэт (Josh Hihath), ученый из Калифорнийского университета, - "Этот метод называется собирание "оригами" из ДНК и при его помощи можно достаточно просто создавать любые двух- и трехмерные структуры наноразмерного масштаба".

Для того, чтобы превратить молекулу ДНК в электрический выключатель ученые разработали технологию динамического управления изменениями формы молекулы. В конце каждого цикла переключения молекула приобретала одну из своих стабильных форм, так называемую А-форму и В-форму. А-форма молекулы хорошо известна всем людям, она представляет собой закрученную правостороннюю спираль двойной молекулы. Воздействие этанола на молекулу А-формы заставляет молекулы принять более компактную В-форму, в которой отдельные участки молекулы и отдельные пары оснований имеют разные углы наклона по отношению друг к другу. Молекула ДНК, находящаяся в В-форме, обладает повышенной электрической проводимостью, а удаление этанола из окружающей среды заставляет молекулу вернуться к изначальной А-форме, в которой она обладает низкой электрической проводимостью.

Для того, чтобы превратить разработанную ими технологию в нечто жизнеспособное, ученым предстоит проделать немало работы. Однако, в любом случае, эта работа является доказательством того, что молекулы ДНК являются подходящим материалом для его использования в области биоэлектроники и молекулярной электроники. Миллиарды таких активных молекулярных устройств могут быть объединены в одну большую электронную схему, работая в точности также, как и транзисторы современных микропроцессоров. Однако, для реализации подобных вещей ученым еще предстоит найти методы управления состоянием каждого крошечного молекулярного компонента большой системы.

"В конечном счете мы найдем решение, которое позволит использовать вместо химического сигнала электрический сигнал или некоторое механическое действие, которое позволит изменить форму молекулы" - рассказывает Джош Хихэт, - "Тогда мы получим возможность индивидуального управления отдельными компонентами и возможность создания сложных молекулярных электронных схем из этих устройств".