Een team van onderzoekers uit Rusland en Israël, waaronder wetenschappers van MIPT, heeft nanodraden gemaakt van DNA-moleculen en zilveren nanodeeltjes. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in: Geavanceerde materialen en staan ​​op de omslag van het tijdschrift.

Naarmate circuits en apparaten kleiner en efficiënter worden, conventionele elektronica nadert een technologische limiet. Om elektrische en optische apparaten te verbeteren en te miniaturiseren, zijn componenten van nanogrootte nodig. Een veelbelovende aanpak is kiezen voor moleculaire elektronica, die zijn gebaseerd op componenten van één molecuul. Nanodraden zouden kunnen worden gebruikt als basiscomponent in circuits. De structuur van DNA en zijn vermogen tot zelfassemblage maken het een zeer geschikte molecule voor het vervaardigen van nanodraden.

"Als DNA-moleculen blijvende elektrische geleidbaarheid vertoonden, we zouden binnenkort een nieuwe generatie elektronische schakelingen en elektrische apparaten zien. Echter, de geleidbaarheid van DNA is onder bepaalde omstandigheden erg laag, vooral wanneer het molecuul wordt afgezet op een harde ondergrond. We ontdekten dat een DNA-molecuul dat bestaat uit guanine-cytosine-paren (GC-DNA) kan interageren met zilveren nanodeeltjes door de atomen van het metaal te 'vangen'. Naarmate zilveratomen in het DNA worden geïntroduceerd, het molecuul ondergaat metallisatie, " zegt Dmitri Klinov, het hoofd van het Laboratorium voor Medische Nanotechnologieën van het Federaal Onderzoeks- en Klinisch Centrum voor Fysisch-Chemische Geneeskunde en een professor aan het Departement Moleculaire en Translationele Geneeskunde aan het MIPT.

De intrigerende eigenschappen van DNA zijn niet beperkt tot het vermogen om genetische informatie op te slaan. Het is een van de belangrijkste kandidaten voor nanogeleiders voor gebruik in moleculaire elektronica. De auteurs van de studie onthulden een aantal eigenaardige kenmerken van DNA in hun eerdere onderzoek. Ten eerste, het vertoont supergeleidende eigenschappen wanneer het tussen twee supergeleiders wordt geplaatst (een fenomeen dat bekend staat als door nabijheid geïnduceerde supergeleiding). Ten tweede, de DNA-moleculen kunnen ladingstransport bewerkstelligen, maar hun geleidbaarheid varieert afhankelijk van het substraat waarop ze worden afgezet. Ladingstransport kan worden vergemakkelijkt door metaalatomen langs de dubbele streng te introduceren, hoewel het moeilijk is om hun gelijkmatige verdeling over de gehele lengte van het molecuul te bereiken. Als resultaat, metallisatie komt niet voor in sommige delen van het molecuul, die de algehele elektrische geleidbaarheid schaadt. De auteurs van de studie ontdekten dat GC-DNA, die is gemaakt van een guaninestreng en een complementaire cytosinestreng, kan worden behandeld met zilveren nanodeeltjes om een ​​uniform gemetalliseerde structuur op te leveren.

Metallisatie is een relatief eenvoudig proces waarbij GC-DNA wordt toegevoegd aan een oplossing van zilveren nanodeeltjes die zijn gecoat met oligonucleotiden en deze gedurende twee tot drie dagen wordt geïncubeerd. De deeltjes interageren met DNA door hun atomen te doneren (zie diagram), en uiteindelijk wordt het hele molecuul uniform gemetalliseerd. De wetenschappers verwijzen naar het resulterende op DNA gebaseerde molecuul als E-DNA (de letter E staat voor "elektrisch"). E-DNA is stijver en beter bestand tegen mechanische vervorming dan het canonieke dubbelstrengs DNA (dsDNA). Het wordt ook niet verteerd door de enzymen die specifiek zijn voor het moedermolecuul. Zoals aangetoond door atoomkrachtmicroscopie, het E-DNA-molecuul heeft een grotere hoogte (1,1 nm), in vergelijking met het ouder-dsDNA (0,7 nm).

"Aangezien metaalatomen gelijkmatig over het DNA-molecuul zijn verdeeld, we verwachten dat de nanodraad een goede geleider is, " legt Dmitry Klinov uit.

Het team is van plan verder onderzoek te doen naar de eigenschappen van E-DNA en metallisatiemechanismen.