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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Разбрасыватель минудобрений Rauch Axis 55 15.07.2026

Немецкая компания Rauch, известная своими высокоточными сельскохозяйственными машинами, представила на выставке DLG Feldtage новый флагманский разбрасыватель минеральных удобрений Axis 55. Эта модель пришла на смену предыдущей версии Axis 50.2 и стала самой крупной в актуальной линейке производителя после выхода более компактной Axis 25 в прошлом году. Новая машина сочетает в себе повышенную производительность, расширенный диапазон рабочих ширин и усовершенствованные системы контроля внесения. Одной из главных технических особенностей Axis 55 стала значительно увеличенная максимальная производительность внесения - до 675 кг удобрений в минуту. Это на 30 % больше по сравнению с предшественником. Благодаря такому показателю разбрасыватель способен обеспечивать норму внесения до 900 кг/га при рабочей ширине 36 метров и скорости движения машины 25 км/ч. При этом устройство сохраняет возможность работы с очень низкими нормами внесения, например, при распределении гранул против улиток, бе ...>>

Антоцианы черники: природная защита для зрения в темноте 14.07.2026

Специалисты все активнее изучают влияние растительных веществ на здоровье глаз. Особое внимание привлекают антоцианы - природные пигменты, которые придают яркую окраску многим ягодам и овощам. Новые данные показывают, что эти соединения способны не только защищать клетки глаз от окислительного стресса, но и ускорять восстановление родопсина - ключевого пигмента, отвечающего за способность видеть в условиях низкой освещенности. Антоцианы содержатся в большом количестве в чернике, голубике, ежевике, черной смородине, а также в краснокочанной капусте и некоторых других красных, синих и фиолетовых продуктах. Эти вещества обладают мощными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. Они помогают нейтрализовать активные формы кислорода, которые повреждают клетки сетчатки и способствуют развитию хронического воспаления. По данным исследователей, антоцианы оказывают комплексное положительное влияние на зрительную систему. Они улучшают микроциркуляцию крови в сетчатке, поддержива ...>>

Случайная новость из Архива Компактный оптический квантовый переключатель 30.10.2020 Квантовые компьютеры на основе лазеров с кубитами в виде пойманных в ловушки ионов интересны, но очень громоздки. Лазерный луч преодолевает многометровые дистанции по целой системе зеркал, линз и прочего оборудования, прежде чем попасть в пару запутанных ионов. Масштабировать такие системы до сотен и тысяч кубитов - та еще забота. Особенно если учесть, что ловушки (кубиты) охлаждаются почти до абсолютного нуля. Но решение проблемы есть, и оно испытано. Еще несколько лет назад группа исследователей из MIT предложила направлять на кубиты лазерный луч не по воздуху (как в примере на фото ниже), а по волноводам внутри чипа с ионной ловушкой. Это предложение недавно реализовано группой ученых из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Исследователи разработали, создали и испытали фактически оптический квантовый переключатель, который может проложить путь к масштабируемым квантовым компьютерам общего назначения. С помощью классического техпроцесса был изготовлен кремниевый чип с волноводами толщиной 100 нм. На картинке можно увидеть схематическое изображение чипа в том месте, где лазерный луч вырывается на волю - выходит из оконечности волновода внутри чипа и ударяет в пару запутанных ионов. Ионы, в свою очередь, улавливаются двумя электродами - каждый своим, а вместе они в такой системе находятся в запутанном состоянии. В предложенном решении волноводы можно развести для управления многими ловушками, расположенными очень плотно. Это упрощает оптическую систему и защищает ее от помех и ошибок. В производстве подобные ловушки будут очень дешевы, но главное, что подобные решения помогут значительно и без затрат увеличить количество кубитов в составе оптических квантовых компьютеров.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026