Электрический провод из ДНК

29.06.2016

Исследователи из Университета штата Аризона и Университета Дьюка открыли, что хорошую электропроводку в принципе можно сделать из ДНК.

Дело не столько в том, что длинная спиральная ДНК сама по себе напоминает электрошнур. Всякая молекула - это атомы, чьи электроны могут быть в той или иной степени свободными. Свободные электроны могут перебегать с места на место, при условии, конечно, если им есть куда бежать. У ДНК такие "потенциально бегающие" электроны есть, однако довольно долго не было ясно, как именно они могут перемещаться по молекуле.

Как известно, электронам присущ квантово-волновой дуализм, то есть они ведут себя и как частицы (кванты), и как волны. Ранее Нун Цзянь Тао (Nongjian Tao), Дэвиду Бератану (David N. Beratan) и их коллегам удалось установить, что на разных расстояниях электроны ДНК ведут себя по-разному: если на небольшой дистанции электроны распространяются подобно волне, то на большом расстоянии они больше напоминают частицы, прыгающие с места на место, как это происходит в полупроводниках. Если говорить об эффективности, то первый способ предпочтительнее: электроны "в виде волны" двигаются слаженнее и быстрее, чем "в виде частицы".

В своих новых экспериментах исследователи захотели выяснить, можно ли сделать так, чтобы электроны в ДНК "ходили волнами" и на большие расстояния тоже. Как мы знаем, каждая цепь ДНК состоит из множества мономеров: прикрепленных к сахару рибозе четырех азотистых оснований (А, Т, G, С), кодирующих генетическую информацию; в свою очередь, рибозы с основаниями соединены в нить через фосфорную кислоту.

Двуцепочечная нить ДНК достаточно прочная, однако она может сгибаться, менять форму, параметры спирали могут меняться в сторону большей или меньше спирализованности и т. д. - и все это влияет на то, как электроны будут в ней путешествовать. Наконец, сама последовательность оснований здесь тоже важна - можно предположить, что какие-то комплексы генетических "букв" окажутся более проводящими, чем другие.

Действительно, с помощью компьютерного моделирования удалось выяснить, что повторяющиеся гуаниновые (G) блоки помогают электронам бегать волнами не только на малые, но и на большие расстояния. И что такие участки помогут электронам справиться с препятствиями, возникающими из-за движения разных частей ДНК-цепочки, из-за изогнутостей, искривленностей и т.д.

Эксперименты с короткими, длиной всего в 6-16 генетических "букв" фрагментами ДНК показали, что все действительно так: гуаниновые комплексы улучшают проводимость молекулы. Поскольку основания цепей соответствуют друг другу по принципу комплементарности, то есть если в одной стоит А, то в другой будет Т, и если в одной - G, то в другой - С, то и гуаниновые блоки выглядели как чередование GC.

Последовательность ДНК влияет на поведение электронов и на проводимость самой молекулы. Очевидно, можно попытаться синтезировать такую ДНК, в которой электроны обеспечивали бы хорошую проводимость - такая молекула, возможно, смогла бы составить конкуренцию тем бактериальным ворсинкам. С другой стороны, проводимость должна меняться из-за мутаций, то есть из-за изменений в последовательности ДНК, что можно было бы как-то использовать в медицинской генетике.

<< Назад: Молекулу скрестили со светом при комнатной температуре 29.06.2016

>> Вперед: Контрацептивы для кенгуру 28.06.2016

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Курение отупляет 02.12.2024

Курение давно известно как фактор риска для множества заболеваний, но его влияние на умственные способности исследуется относительно недавно. Группа ученых из Университета штата Огайо провела масштабное исследование, результаты которого показали: курение связано с ухудшением когнитивных функций, особенно в среднем возрасте. В рамках работы исследователи проанализировали данные 136 тысяч человек старше 45 лет. Участники исследования были разделены на группы: активные курильщики и те, кто бросил курить недавно. Основной задачей было изучить, как их привычка влияет на здоровье мозга. Наиболее заметная связь между курением и ухудшением когнитивных способностей была обнаружена в возрастной группе от 45 до 59 лет. Ученые подчеркивают, что отказ от курения в этом возрасте может принести значительную пользу не только физическому, но и ментальному здоровью. Помимо снижения рисков сердечно-сосудистых и дыхательных заболеваний, прекращение курения может сохранить умственные способности, так ...>>

Технология точного распыления Greeneye Technology 02.12.2024

Израильская компания Greeneye Technology разработала уникальную систему точного распыления, основанную на искусственном интеллекте. Эта технология уже продемонстрировала впечатляющие результаты в США и готовится к первым испытаниям на австралийских полях. Основной особенностью технологии Greeneye является возможность точного распыления гербицидов исключительно на сорняки. Это решение позволило сократить использование остатков гербицидов в среднем на 87%, что снижает затраты фермеров и минимизирует экологический вред. Перенос этой технологии в Австралию станет важным шагом к повышению эффективности сельского хозяйства в регионе. Для продвижения технологии в Австралии Greeneye Technology сотрудничает с компанией Croplands, базирующейся в Аделаиде. Croplands, имея сильное региональное присутствие, уже давно зарекомендовала себя в области продажи и обслуживания систем точного опрыскивания. Финансовую поддержку проекту оказывает Grains Research and Development Corporation, что подчерк ...>>

Раковые клетки погибают в невесомости 01.12.2024

Исследователи из Сиднейского технологического института (Австралия) выяснили, что микрогравитация губительна для раковых клеток. В условиях, имитирующих невесомость, погибает до 90% злокачественных клеток - и это без применения лекарств. Для изучения этого явления ученые построили микрогравитационный стимулятор - специальное устройство, воспроизводящее условия невесомости. В этом аппарате они размещали культуры клеток различных видов рака, включая опухоли яичников, молочной железы, носа и легких. Через 24 часа результаты превзошли ожидания: от 80% до 90% раковых клеток подверглись гибели. Примечательно, что микрогравитация практически не оказывала аналогичного разрушительного эффекта на здоровые клетки. Несмотря на впечатляющие результаты, механизм, объясняющий, почему раковые клетки так чувствительны к микрогравитации, пока остается загадкой. Известно, что недостаток гравитации вызывает серьезные изменения в человеческом организме, например, снижение костной массы у космонавт ...>>

Скоростная зарядка для литий-ионных батарей электромобилей 01.12.2024

Исследователи из Университета Ватерлоо представили усовершенствованную литий-ионную батарею, которая позволяет заряжать электромобили с 0% до 80% всего за 15 минут. Это открытие может значительно изменить восприятие электротранспорта и его доступность. Сегодня даже станции быстрой зарядки требуют около часа, чтобы зарядить аккумулятор электромобиля. Это становится барьером для многих потребителей, привыкших к удобству традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Цель ученых из Ватерлоо - сократить время зарядки в четыре раза, что сделает использование электротранспорта гораздо удобнее. Ключ к успеху новой технологии лежит в усовершенствовании анодов литий-ионных аккумуляторов. Исследователи использовали модернизированный графит с повышенной электропроводностью. Эта модификация не только ускоряет процесс зарядки, но и увеличивает срок службы батареи. Разработанная модель аккумулятора способна выдерживать до 800 циклов зарядки без значительного ухудшения характерист ...>>

Активация забытых воспоминаний 30.11.2024

Память человека - это не просто хранилище событий и фактов, но и сложный механизм, который позволяет нам восстанавливать доступ к давно пережитой информации. Недавние исследования ученых проливают свет на удивительные процессы, связанные с возвращением "утраченных" воспоминаний. Международная команда исследователей провела эксперимент с участием грызунов, чтобы понять, как формируются и активируются ассоциативные воспоминания. Животных научили связывать нейтральный стимул, например, звук звонка, с неприятным воздействием - легким ударом по лапе. После нескольких повторений грызуны начинали заранее ожидать удара, как только слышали звонок. Далее, с помощью метода оптогенетической стимуляции, ученые активировали нервные клетки, ответственные за эту ассоциацию. Это привело к тому, что даже без звонка или удара животные демонстрировали поведение, указывающее на восстановление связи между стимулом и воздействием. Схожие механизмы можно наблюдать у людей. Часто мы сталкиваемся с фен ...>>

Случайная новость из Архива Рисование цветных картин белым светом 02.09.2020 Технологию рисования светом создали исследователи из Национального института стандартов и технологий (NSIT) в США. Ученые "нарисовали" шедевр голландского художника Яна Вермеера "Девушка с жемчужной сережкой", освещая белым светом стеклянную пластину с миллионами нанополяризаторов эллиптического сечения из диоксида титана. Нанополяризаторы разных размеров способны при облучении белым светом улавливать, испускать и менять поляризацию света при изменении его интенсивности. Таким образом ученые смогли контролировать цвет. В зависимости от ориентации длинной и короткой осей наноэллипса в каждой точке поверхности удавалось создать красный, зеленый или синий цвет. В качестве эксперимента для определения качества воспроизведения цветов и была выбрана картина Вермеера. Ученые создали миниатюрную копию картины, размером около 1 миллиметра. При этом отмечается, что полученной изображение отличалось высокой четкостью, вплоть до текстуры масляной краски на холсте. На практике данная технология может быть использована для увеличения объема информации, передаваемой по оптоволокну, за счет использования цветовых длин волн. Кроме того, технологию можно применить для изготовления денег, которые сложно будет подделать.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2024