生命分子在微电子学中有新用途

生命分子在微电子学中有新用途

纯粹的多功能性,没有像DNA一样的分子。这个标志性的双螺旋携带着从单细胞生物到人类生命形态的遗传蓝图。

最近,研究人员发现,自组装及其进行电荷在相当远的距离使它非常适合用于无数的应用能力DNA的显著特性,包括微型电子电路和计算设备,纳米机器人和光子学的新进展。 亚利桑那州国家大学的研究人员,在纽约大学和杜克大学合作,最近的设计,创造了并测试了一种能够分裂和结合当前DNA电路,就像一个适配器,可以连接多个电器插座。

亚利桑那州国家大学的研究人员最近与纽约大学和杜克大学合作,设计、制造和测试了一种能够分裂和结合电流的DNA电路,就像一个适配器,可以把多种电器连接到一个插座上。

教授农建“新泽西”道,这项研究的合作者,一直致力于精炼DNA更稳定、高效地传输电荷的能力,清除道路上的新一代生物基础设备的重要障碍。

“DNA传输电荷的能力已经有一段时间的调查,”陶说,谁指使的生物电子学和生物传感器的生物中心。分裂和重组电流是传统电子电路的基本特性。我们想模仿DNA中的这种能力,但到现在为止,这是相当具有挑战性的。

在三个或更多个终端的DNA结构中,电流分裂是困难的,因为电荷在分裂点或会聚点上趋于迅速消散。在新的研究中,一种特殊的形式,称为G-四链体(G4)的DNA被用来提高电荷输运性质。顾名思义,G4的DNA是由四个而不是两个股DNA的核苷酸,鸟嘌呤丰富。

“DNA是能够进行充电,但基础是有用的,它必须能够通过分裂或合并了多个路径费用。我们用G-四联体解决这个问题(G4),一次充电可到达一个双工在本单元的一侧去复式的另一边,”彭张说,一个研究助理化学教授在杜克大学和这项研究的合作者。

这是一个完全由DNA构成的分支结构来传输电荷的第一步。它是可能的,进一步的措施将导致成功的基于DNA的纳米电子学,包括晶体管的器件在自组装的预编程的材料,”张说。

随着陶和郑的研究团队由陶ASU的同事,李敏翔和岳琦莉;若杰沙和Nadrian C. Seeman,晁仁柳,Alexander Balaeff,纽约大学;杜克大学的张雨绮和David N. Beratan。

DNA是和新的纳米电子学设计创作了一个极具吸引力的材料。分子的四个核苷酸碱基被标记为A,T,C和G可以被编程成自组装成标志性的双螺旋,像匹配的拼图片断,总是与T和C结合G。大量的两个和三维的DNA形式的综合设计和建立在这些简单的原则。

但分子也可以组装形成G4 DNA。事实上,天然富含鸟嘌呤四链DNA提供了许多重要的生理功能。这种DNA结构发生在线形染色体的末端,即端粒结构,端粒在调节衰老中起关键作用。端粒DNA四联已被证明能降低端粒酶活性和端粒长度的负责与大约85%的肿瘤酶。G4四联疗法为重要的药物靶点。

在G4结构,DNA以堆叠的鸟嘌呤碱基,与他们的两个邻国形成氢键的形成。在新的实验中心的G4结构,它的性能改进的电荷传输,允许研究人员,这是第一次,设计有效的导电通路的堆叠G-四链体DNA和双链线之间形成或分裂或合并电流端子。

由于传统的双链DNA只能在电路结点处产生很差的电荷输运性质,所以先前使用传统的双链DNA制造这种Y形电结的尝试失败了。用G4 DNA在多连接元件端DNA被证明通过三和四端子DNA电路大大提高电荷传输。

研究直接测量电导电荷通过G4的基础结构,使用的设备称为一个扫描隧道显微镜和扫描隧道显微镜。DNA分子组成的四国集团的核心与双链形成导线分裂终端是化学固定化金基板和STM装置的金尖之间。

STM的尖端被反复引入和脱离分子,断开和重整结,而电流通过每个终端被记录下来。为每个DNA候选分子收集了数千条踪迹。利用这种中断结STM方法,研究人员可以设计、测量和微调各种原型电路以获得最大电荷传输特性。

“我在这个项目中的作用是测量从我们设计的两个DNA双链导输出,“生物研究员李敏翔说。“如果你考虑一下工作场所的电源线,我的任务是检查每个插座是否正常工作。我们惊奇地发现,从两个DNA双链的输出电流是相同的,能量损失最小。我们的下一步是用这种设计作为基本元素来构建更复杂的DNA电路。

研究了Y型电路的电荷之间的分裂三端子(G4 + 3)以及四个终端(G4 + 4)结构。由于在两实验电路的电荷输运性质的微妙区别,G4+4图案均显著降低电导值。这些结果指出,G4+3配置了更为有效的电荷分离和组合装置。在这种情况下,电荷从一个终端进入结,并以几乎相等的效率通过另一个终端退出。这项研究在建立G4结构能够有效地携带电荷通过三个或多个端子的重要的第一步,对于控制和电子网络功能的基本要求。

除了为DNA纳米技术的发展提供新的工具外,这项研究还将有助于阐明自然界在细胞内保持遗传完整性的方法,并为与DNA错误纠正机制相关的无数疾病提供新的认识。

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