DNA als elektromechanischer Schalter für das nanoskalige Rechnen
Willkommen auf den iCover- Blog- Seiten ! Wie ein gemeinsames Forscherteam der University of Washington und Kalifornien bewiesen hat, führt eine Änderung der Struktur und Form eines DNA-Moleküls zu einer Änderung seiner elektrischen Leitfähigkeit. Eine solche Abhängigkeit ermöglicht nach Ansicht von Wissenschaftlern die Verwendung eines DNA-Moleküls als mikroskopischen elektromechanischen Schalter, der in nanoskaligen molekularen Computergeräten einer neuen Generation verwendet werden kann.
DNA-Moleküle sind Träger genetischer Informationen, die die Aufrechterhaltung aller uns bekannten Lebensformen gewährleisten. Gleichzeitig werden die Besonderheiten der Struktur und Eigenschaften von DNA-Molekülen von Wissenschaftlern zunehmend als die Möglichkeit ihrer Verwendung als einzigartiges „Gebäude“ -Nanomaterial angesehen. In ihren Experimenten kam eine Gruppe von Spezialisten zu dem Schluss, dass die Form des DNA-Moleküls in Abhängigkeit von der chemischen Umgebung, in der es sich befindet, variiert. Die nächste grundlegende Schlussfolgerung war die Beobachtung, dass eine Änderung der Form und Struktur des Moleküls innerhalb bestimmter Grenzen zu einer Änderung seiner elektrischen Leitfähigkeit führte. So verhielt sich das DNA-Molekül unter bestimmten Bedingungen als Isolator, unter anderen als vollwertiger elektrischer Stromleiter.Wenn man die Prinzipien des Mechanismus zur Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von DNA und die Fähigkeit zur Modulation des elektrischen Stroms damit kennt, wird es möglich sein, funktionelle nanoskalige Bauelemente zu schaffen, die Transistoren moderner Mikroprozessoren ähneln, aber nach Prinzipien arbeiten, die sich radikal von denen unterscheiden, die in der modernen Elektronik verwendet werden. „Die Tendenz, die Gesamtabmessungen der Komponenten elektronischer Geräte zu verringern, führt zwangsläufig zu deren Komplikation und Wertschätzung. Gleichzeitig können DNA-basierte Geräte so programmiert werden, dass sie vollständig selbstorganisiert und funktionsfähig sind “, erklärte Josh Hihath, Leiter der Forschungsgruppe, Assistenzprofessor am Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik der University of California, Davis. Der Wissenschaftler ist überzeugt:Millionen von aktiven und funktionellen molekularen Geräten können in elektronischen Schaltkreisen der Zukunft kombiniert werden. Und der unbestreitbare Vorteil solcher Systeme wird ihr minimaler Energieverbrauch sein.Laut Wissenschaftlern wird die Technologie der dynamischen Steuerung und Änderung der Form des Moleküls laut Wissenschaftlern die Umwandlung eines DNA-Moleküls in eine funktionierende elektromechanische Schalttafel ermöglichen. Die Schaltzyklen im Experiment entsprachen einer von zwei stabilen Formen des Moleküls - der sogenannten. "A" und "B" Formen.Die Rolle der A-Form spielte eine vollkommen bekannte rechtshändige verdrillte Helix eines Duplex-DNA-Moleküls. Wenn Ethanol ihm ausgesetzt wurde, zog sich das Molekül zusammen und erhielt eine kompaktere B-Form, in der sich einzelne Basenpaare und einzelne Abschnitte in unterschiedlichen Neigungswinkeln zueinander befanden. Die erhaltene B-Form des Moleküls zeigte eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit. Durch Entfernen von Ethanol aus der Umgebung konnte das Molekül zu seiner ursprünglichen A-Form mit einer Leitfähigkeit zurückkehren, die mindestens eine Größenordnung niedriger ist als im Fall von Form B. Mit anderen Worten, der betrachtete Prozess ist vollständig reversibel und kann viele Male wiederholt werden.
Natürlich haben Wissenschaftler an beiden Universitäten bisher nur die ersten, aber wichtigen Schritte unternommen - es wurde experimentell bestätigt, dass ein gerichtet variables DNA-Molekül Eigenschaften besitzt, die es ermöglichen, es in der molekularen und Bioelektronik zu verwenden. Die Frage bleibt bislang unbeantwortet: Wie wird der Zustand jeder der Komponenten des Logikdiagramms nanoskaliger molekularer Komponenten und die Steuerung des allgemeinen Schemas gesteuert? Nicht weniger interessant ist die Frage nach der Geschwindigkeit solcher "molekularen" Schemata."Als Ergebnis werden wir in der Lage sein, eine Lösung zu finden, die es uns ermöglicht, die Form des Moleküls nicht durch chemische Einwirkung, sondern durch ein elektrisches Signal oder eine bestimmte mechanische Methode zu ändern", sagte Josh Heath. - "... Dies gibt uns die Möglichkeit, jede der Komponenten einzeln zu steuern und daraus molekulare elektronische Schaltkreise beliebiger Komplexität zu erstellen." In Analogie zur alten japanischen Kunst wird die Methode, mit der amerikanische Wissenschaftler selbstorganisierte zwei- und dreidimensionale nanoskalige Strukturen erzeugen, als „DNA-Origami“ bezeichnet.Weitere Details zu den Versuchsergebnissen finden Sie auf den Veröffentlichungsseiten in der Zeitschrift Nature Communications .Quelle .
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