Из 34-нанометрового отрезка ДНК ученые сделали неплохой «шнур», способный проводить электричество. В будущем эти «молекулы жизни» могут стать и основой наноразмерных компьютеров.
Ток по ДНК: Проводящая спираль

Электронные устройства быстрыми темпами становятся все более компактными. Поэтому вопрос создания эффективных проводников как можно более небольших размеров интересует и исследователей, и гигантов электронной промышленности. В этом смысле ДНК обращает на себя внимание уже самой своей структурой.

Нуклеотиды составляют нить ДНК, и в двойной спирали «встречаются», взаимодействуя своими азотистыми основаниями, которые представляют собой плоские циклические фрагменты. Азотистые основания противолежащих друг другу нуклеотидов комплементарно соединяются водородными связями, а дополнительную прочность структуре придают стэкинг-взаимодействия между циклическими фрагментами нуклеотидов.

Если рассматривать детально двойную спираль ДНК, циклы эти идут параллельно, как ступеньки медленно закручивающейся винтовой лестницы, и соседние «ступеньки» связаны друг с другом. Такое взаимодействие способствует частичному перекрыванию p-орбиталей соседних азотистых оснований и позволяет электрону сравнительно свободно перемещаться вдоль спирали ДНК, перенося заряд.

Это «побочное» свойство ДНК использовали ученые из Калифорнии, работающие во главе с Жаклин Бартон (Jacqueline Barton). Изготовив набор молекул ДНК, построенных из сотни пар оснований (34 нм длиной), они закрепили их на золотом электроде, а к концам нитей ДНК присоединили краситель «Нильский голубой», который, в числе прочего, способен служить индикатором проходящего заряда. Всю структуру поместили в фосфатный буферный раствор и подали слабый ток. Краситель просигнализировал: нить ДНК способна проводить электричество, не повреждаясь при этом.

По словам исследователей, ДНК соответствует целому ряду требований, которые должны выполнять качественные «молекулярные провода» — и более того, на таком масштабе размеров синтез ее намного проще и дешевле, чем изготовление той же толщины проводов из традиционных материалов. Вдобавок, ее свойства можно довольно гибко изменять, используя разные последовательности нуклеотидов.

Интересно, что отсутствие ошибок в ДНК — несовпадений между противоположными нуклеотидами — залог ее хорошей проводимости. Как показали эксперименты, в противном случае проводимость молекулы падает сразу вдвое. Даже разрывы в фосфатном «скелете» к такому не приводили, и ясно почему: как мы объясняли выше, способность ДНК проводить ток связана с наличием делокализованных электронов, способных перемещаться вдоль ее двойной спирали. А появление таких электронов — результат стэкинг-взаимодействий, которые реализуются лишь при строго определенной ориентации колец азотистых оснований, которая нарушается, если противоположные основания не совпадают друг с другом. Это свойство, кстати, может послужить и для дела: малейшее нарушение в нити ДНК мигом почти прекращает протекание тока. Так может срабатывать какой-нибудь полезный датчик.

Читайте также о простейшем вычислительном устройстве, использующем для работы ДНК — правда, совсем другие ее свойства — «Компьютер в пробирке».

По сообщению Royal Society of Chemistry