DNA, een molecuul dat bekend staat om het opslaan van de genetische blauwdrukken voor alle levende wezens, kan ook andere dingen doen. In een nieuwe krant onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) beschrijven hoe op maat gemaakte enkele DNA-strengen kunnen worden gebruikt om de zeer gewenste "leunstoel" -vorm van koolstofnanobuisjes te zuiveren. Er zijn enkelwandige koolstofnanobuizen in de vorm van een fauteuil nodig om "kwantumdraden" te maken voor verliesarme, elektriciteitstransmissie en bedrading over lange afstand.

Enkelwandige koolstofnanobuisjes hebben meestal een diameter van ongeveer een nanometer, maar ze kunnen wel miljoenen nanometers lang zijn. Het is alsof je een vel koolstofatomen van één atoom dik hebt genomen, gerangschikt in een zeshoekig patroon, en krulde het in een cilinder, alsof je een stuk kippengaas oprolt. Als je het laatste hebt geprobeerd, je weet dat er veel mogelijkheden zijn, afhankelijk van hoe zorgvuldig je de randen op elkaar afstemt, van netjes, perfect op elkaar afgestemde rijen zeshoeken die de cilinder omringen, naar rijen die zich onder verschillende hoeken in spiralen wikkelen - 'chiraliteiten' in chemicus-taal.

Chiraliteit speelt een belangrijke rol bij de eigenschappen van nanobuisjes. De meeste gedragen zich als halfgeleiders, maar een paar zijn metalen. Een speciale chirale vorm - de zogenaamde "fauteuil koolstof nanobuis" - gedraagt ​​zich als een puur metaal en is de ideale kwantumdraad, volgens NIST-onderzoeker Xiaomin Tu.

Fauteuil koolstofnanobuizen kunnen een revolutie teweegbrengen in elektrische energiesystemen, groot en klein, zegt Tu. Van draden die daaruit zijn gemaakt, wordt voorspeld dat ze elektriciteit 10 keer beter geleiden dan koper, met veel minder verlies, op een zesde van het gewicht. Maar onderzoekers worden geconfronteerd met twee obstakels:het produceren van volledig zuivere startmonsters van fauteuil-nanobuisjes, en ze "klonen" voor massaproductie. De eerste uitdaging, zoals de auteurs opmerken, "een ongrijpbaar doel" is geweest.

Het scheiden van een bepaalde chiraliteit van nanobuisjes van alle andere begint met het coaten ervan om ze in oplossing te laten dispergeren, als, aan zichzelf overgelaten, ze zullen samenklonteren in een donkere massa. Er zijn verschillende materialen gebruikt als dispergeermiddelen, inclusief polymeren, eiwitten en DNA. De NIST-truc is om een ​​DNA-streng te selecteren die een bepaalde affiniteit heeft voor het gewenste type nanobuisje. In eerder werk, *** teamleider Ming Zheng en collega's demonstreerden DNA-strengen die konden selecteren voor een van de halfgeleidervormen van koolstofnanobuisjes, een makkelijker doelwit. In deze nieuwe krant de groep beschrijft hoe ze methodisch door eenvoudige mutaties van het halfgeleidervriendelijke DNA stapten om een ​​patroon te "evolueren" dat in plaats daarvan de voorkeur gaf aan de metalen fauteuil-nanobuisjes.

"Wij geloven dat wat er gebeurt is dat, met de juiste nanobuis, het DNA wikkelt zich spiraalvormig om de buis, " legt Constantijn Khripin uit, "en de DNA-nucleotidebasen kunnen met elkaar verbinden op een manier die vergelijkbaar is met hoe ze zich binden in dubbelstrengs DNA." Volgens Zheng, "Het DNA vormt dit strakke vat rond de nanobuis. Ik hou van dit idee omdat het een soort slot en sleutel is. De nanobuis van de fauteuil is een sleutel die in deze DNA-structuur past - je hebt dit soort moleculaire herkenning."

Zodra de beoogde nanobuisjes zijn omhuld met het DNA, standaard scheikundige technieken zoals chromatografie kunnen worden gebruikt om ze met hoge efficiëntie van het mengsel te scheiden.

"Nu we deze pure nanobuismonsters hebben, " zegt teamlid Angela Hight Walker, "We kunnen de onderliggende fysica van deze materialen onderzoeken om hun unieke eigenschappen beter te begrijpen. Als voorbeeld, sommige optische kenmerken waarvan ooit werd gedacht dat ze indicatief waren voor metalen koolstofnanobuizen, zijn niet aanwezig in deze fauteuilmonsters."