Из ДНК сделали самый маленький в мире диод

Израильско-американская группа химиков создала самый маленький диод — выпрямитель электрического тока. Устройство представляет собой короткий фрагмент ДНК, в который введены (интеркалированы) две посторонние молекулы. Несмотря на симметричность использованной ДНК, проводимость для электрического тока различается в разных направлениях в 15 раз. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Бена-Гуриона в Негеве.

В основе выпрямителя авторы использовали олигонуклеотид, состоящий из 11 оснований. При этом, концевые участки — по четыре нуклеотида — являются палиндромами, иными словами, комплементарны сами себе. Центральная часть этой ДНК состоит из трех адениновых фрагментов, поэтому в растворе две таких молекулы могут соединиться «хвостами», но не средней частью. 

Однако эта ситуация меняется, если интеркалировать — ввести в молекулу ДНК без образования прочных химических связей — небольшую органическую молекулу. Химики использовали в своем исследовании коралин, способный связывать между собой пары аденин-аденин. По словам авторов, в ДНК встраивалось две молекулы вещества.

После образования комплекса ученые осаждали молекулы на золотую подложку и проводили измерения с помощью сканирующего туннельного микроскопа. При этом химики добивались того, чтобы молекулы комплексов оказывались связаны одним концом с подложкой, а другим — с тонкой проводящей иглой микроскопа. Затем происходили измерения вольт-амперной характеристики. Ученые обнаружили, что значения тока при напряжениях около 1,1 вольта различаются в 15 раз, в зависимости от того, в каком направлении было приложено напряжение. Для свободной ДНК такого наблюдения не наблюдалось.

Для того, чтобы выяснить причину наблюдаемого явления, авторы теоретически рассчитали электронную структуру молекулы. Оказалось, что главными «виновникоми» были молекулы коралина, вызывающие сильную пространственную асимметрию в олигонуклеотиде. По словам химиков, исследование предлагает новый способ создания молекулярных электронных компонентов, в основе которых лежат заранее смоделированные комплексы ДНК.

Ранее аналогичная методика измерений позволила химикам впервые катализировать реакцию электрическим полем. Вместо ДНК в работе использовались более простые органические молекулы, скорость взаимодействия между которыми определялась знаком приложенной разности потенциалов к подложке и игле.

Владимир Королёв