Версия для слабовидящих
ДНК, как электромеханический переключатель для наноразмерных вычислений Печать Email
Новости об инновациях
22.12.2015

Как доказала совместная группа исследователей из Вашингтонского и Калифорнийского университетов, изменение структуры и формы молекулы ДНК влечет за собой изменение ее электрической проводимости. Такая зависимость, по мнению ученых, позволяет использовать молекулу ДНК в качестве микроскопического электромеханического переключателя, который сможет быть использован в наноразмерных молекулярных вычислительных устройствах нового поколения.

Молекулы ДНК — носители генетической информации, обеспечивающей поддержание всех известных нам форм жизни. Вместе с тем, специфика структуры и свойства молекулы ДНК все чаще рассматриваются учеными, как возможность их использования в качестве уникального “строительного” наноматериала. В своих экспериментах группа специалистов пришла к выводу, что форма молекулы ДНК меняется в зависимости от химической среды, в которой она находится. Следующим основополагающим выводом стало наблюдение, что с изменение формы и структуры молекулы в некоторых пределах приводило к изменению ее электрической проводимости. Таким образом, в одних условиях молекула ДНК вела себя как изолятор, в других, как полноценный проводник электрического тока.

Знание принципов действия механизма изменения электрической проводимости ДНК и возможность модулировать с ее помощью электрический ток позволит создавать функциональные наноразмерные устройства, аналогичные транзисторам современных микропроцессоров, но работающие на принципах, кардинально отличных от тех, которые используются в современной электронике.

”Тенденция у уменьшению габаритных размеров компонентов электронных устройств неизбежно влечет за собой их усложнение и удорожание. Вместе с тем, устройства, изготовленные на основе ДНК можно будет запрограммировать таким образом, что они станут полностью самосборными и функциональными” – объяснил руководитель исследовательской группы, доцент факультета электрической и компьютерной техники Калифорнийского университета в Дэвисе Джош Хихэт (Josh Hihath).

Ученый убежден: в электронных схемах будущего смогут быть объединены миллионы активных и функциональных молекулярных устройств. И неоспоримым преимуществом таких схем станет минимальное потребление ими электроэнергии.

Превратить молекулу ДНК в функциональный электромеханический коммутатор, по убеждению ученых, позволит технология динамического управления и изменения формы молекулы. Циклам переключения в эксперименте соответствовала одна из двух стабильных форм молекулы – т. н. “А” и “В” формы.

В роли А-формы выступила прекрасно знакомая нам правосторонне закрученная спираль дуплексной молекулы ДНК. При воздействии на нее этанола молекула сжималась, приобретая более компактную B – форму, в которой отдельные пары оснований и отдельные участки располагались под различными углами наклона по отношению друг к другу. Полученная В-форма молекулы демонстрировала повышенную электрическую проводимость. Удаление этанола из окружающей среды позволило молекуле вернуться к своей исходной А-форме с проводимостью, как минимум, на порядок меньшей, чем в случае формы В. Другими словами рассмотренный процесс является полностью обратимым и может быть повторен многократно.

Безусловно, учеными обоих университетов предприняты пока что только первые, но важные шаги – было экспериментально подтверждено, что направленно изменяемая молекула ДНК приобретает свойства, позволяющие использовать ее в молекулярной и биоэлектронике. Без ответа пока остается вопрос: каким образом будет осуществляться управление состоянием каждого из составляющих логическую схему наноразмерных молекулярных компонентов и управление общей схемой. Не менее интересным представляется и вопрос быстродействия подобных “молекулярных” схем.

“В итоге мы сумеем найти решение, позволяющее изменять форму молекулы не путем химического воздействия, а благодаря электрическому сигналу или определенным механическим способом” – уверен Джош Хихэт. – “… Это даст нам возможность индивидуального управления каждым из компонентов, а значит, и создания из них молекулярных электронных схем любой сложности”. По аналогии с древним японским искусством, метод, использованный американскими учеными, позволяющий создавать любые самособирающиеся двух- и трехмерные наноразмерные структуры называется “ДНК-оригами”.

Подробнее с результатами эксперимента можно ознакомиться на страницах публикации в журнале Nature Communications.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/dnk-kak-elektromekhanicheskii-pereklyuchatel-dlya-nanorazmernykh-vychislenii

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта