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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Квантовый процессор IBM Nighthawk R2 09.09.2026

Квантовые компьютеры пока существенно уступают классическим системам в универсальности, однако в специализированных задачах они уже демонстрируют впечатляющие возможности. При этом важна не только вычислительная мощность отдельных кубитов, но и скорость, с которой процессор способен выполнять последовательность квантовых операций. Именно на сокращение таких задержек специалисты IBM сделали ставку при создании нового процессора Nighthawk R2, оснащенного 120 программируемыми кубитами. Главным достижением Nighthawk R2 стала значительно более высокая скорость выполнения квантовых схем. Новый процессор способен обрабатывать более 100 тысяч схем в секунду, тогда как предшествующий Heron выполнял около 4 тысяч. Такой разрыв связан не столько с увеличением количества кубитов, сколько с устранением одного из узких мест квантовых вычислений - длительного промежутка между последовательными запусками программ. В предыдущей архитектуре Heron после завершения вычисления кубит необходимо было и ...>>

Горячие напитки высвобождают миллионы частиц пластика 08.09.2026

Бумажные стаканчики давно стали привычной альтернативой пластиковым: их используют в кофейнях, офисах и заведениях быстрого питания для кофе, чая и других напитков. Однако название "бумажный" не означает, что такая посуда полностью состоит из бумаги. Чтобы стаканчик не размокал, его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем полимера. Исследователи из Университета Квинсленда решили выяснить, что происходит с этими покрытиями при контакте с горячей жидкостью, и обнаружили, что вместе с напитком из них могут высвобождаться чрезвычайно мелкие частицы пластика. В ходе лабораторных экспериментов специалисты изучили два типа одноразовых бумажных стаканчиков. В одном случае внутренняя поверхность была защищена традиционным полиэтиленовым покрытием, а в другом использовался полимер на основе полимолочной кислоты (PLA), который часто рассматривается в качестве более экологичной альтернативы обычному пластику. Полимолочная кислота способна биологически разлагаться при определенных условиях ...>>

Случайная новость из Архива Роботы NASA в помощь землянам 05.07.2014 Роботизированное устройство под названием "Robonaut 2" было доставлено NASA на МКС еще в 2011 году. По своему строению механизм был cхож с человеком и имел руки и кисти, при помощи которых он мог выполнять определенные операции. Правда, нижние конечности до недавнего времени у робота отсутствовали. Но во время апрельского полета грузового корабля Dragon, который был выведен на МКС с помощью ракеты-носителя компании SpaceX, специалисты на станции получили новую пару "ног" для плановой модернизации Robonaut 2. Изначально разработчики Robonaut 2 рассматривали его как будущую замену астронавтам при выполнении опасных работ в открытом космосе. В свою очередь, примененные наработки оказались настолько удачными и перспективными для дальнейшего развития, что NASA решила вести проект, который был бы ориентирован на создание земной модификации робота для выполнения других задач. Специалисты космического агентства планируют превратили устройство Robonaut в полноценный экзоскелет, модель которого получила название "X1". Преобразившийся механизм, прежде всего, был создан для облегчения работ астронавтов в условиях невесомости. Конструкция также является и универсальным тренажером. Будучи запрограммированной на режим сопротивления движению одетого в экзоскелет космонавта, X1 позволяет эффективно противостоять во время тренировок атрофированию мышц. Однако для экзоскелета найдутся и альтернативные варианты применения уже в условиях привычной гравитации. Особую ценность X1 представляет для людей, которые прикованы к инвалидной коляске после инсульта или же получили паралич нижних или верхних конечностей в результате других болезней. Именно внедрение X1 для нужд медицины кажется наиболее актуальным и перспективным применением столь высокотехнологичной и дорогостоящей конструкции. В свою очередь можно констатировать, что именно благодаря проекту Robonaut появилась и перчатка RoboGlove. Изначально она также была ориентирована на то, чтобы стать атрибутом экипировки американских покорителей космоса. С ее помощью у астронавтов при работе на МКС или в открытом космосе увеличивалась бы сила сцепления с поверхностью. Состоящая из гибких искусственных сухожилий роботизированная перчатка позволит не просто определять при помощи встроенных датчиков силу сжатия руки. Устройство может обеспечить более надежное и удобное удержание предмета, или же наоборот - вам придется приложить дополнительное усилие, чтобы преодолеть специально создаваемое RoboGlove сопротивление. В качестве перспективного и не менее жизненно важного направления перечисленных разработок NASA рассматривается и телемедицина. Она предусматривает комплекс мер и систем с целью их дистанционной передачи при помощи телекоммуникационных технологий. Консультативная практика с помощью телемедицины необходима для повышения уровня знаний и методов диагностики при лечении, максимально быстрого обмена данными между специалистами, а также для оперативного исследования заболеваний и их последующего контроля. Тестовые испытания модели Robonaut в одном из медицинских учреждений Хьюстона продемонстрировали, что устройство при дистанционном управлении способно аккуратно и точно ввести иглу в вену пациента.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026