Золотые ДНК-нанопроводники позволят собрать генетические компьютеры

В нeкoтoрoм рoдe люди являются слoжнeйшими живыми кoмпьютeрaми, сoстoящими из oтдeльныx клeтoк. Сoздaниe пoдoбнoгo искусствeннoгo «живoгo» кoмпьютeрa являeтся пoкa лишь прeдмeтoм нaучнoй фaнтaстики, нo нeкoтoрыe группы учeныx, включaя учeныx из институтa Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Гeрмaния, ужe дoстaтoчнo дaвнo рaбoтaют в дaннoм нaпрaвлeнии. И нe тaк дaвнo группe, вoзглaвляeмoй Бeзу Тeшoмe (Bezu Teschome) и Aртурoм Эрбe (Artur Erbe), удaлoсь нaйти спoсoб нaнeсeния зoлoтoгo покрытия на нанопроводники, изготовленные из отрезков молекул ДНК. А в дальнейшем, используя такие крошечные токопроводящие элементы, можно будет собирать сложнейшие схемы генетического компьютера, состоящего из одной или сплетения нескольких длинных молекул ДНК.

«Главным преимуществом использования ДНК является то, что при ее помощи можно быстро создавать очень сложные схемы на наноразмерном уровне» — рассказывает Артур Эрбе. Создание сложных схем является возможным благодаря технологии, называемой ДНК-оригами, которая позволяет создавать сложные пространственные структуры путем контролируемого и программируемого процесса самосборки. Данная технология была разработана учеными из США более десятилетия назад и в ней используется распутанная эталонная молекула ДНК, вдоль которой из набора коротких участков формируется вторая молекула.

Управление последовательностью сборки длинной молекулы ДНК из коротких отрезков осуществляется путем добавления в раствор ионов определенных химических элементов и регулирования температуры раствора. Использование точного регулирования указанных выше и других параметров процесса позволяет создавать из ДНК двух- и трехмерные объекты любой сложной формы.

«В данном случае мы создали из ДНК своего рода нанотрубки» — рассказывает Безу Тешоме. Эти нанотрубки являются совсем крошечными, их длина не превышает 30 нанометров. Для сравнения, размер красной кровяной клетки, эритроцита, составляет 7000 нанометров, а вирус Эболы имеет длину 1500 нанометров и ширину — 50 нанометров.

Затем, при помощи молекул определенных химических соединений, ученые расположили вдоль нанотрубок золотые наночастицы, которые были «сварены» друг с другом при помощи ионов золота. Этот этап работы был достаточно прост из-за того, что золото очень хорошо сочетается с молекулами многих органических соединений, включая молекулы ДНК. Но покрытие ДНК золотом было решением половины проблемы. Гораздо труднее оказалось соединить все это с внешними электродами, через которые на получившийся нанопроводник можно подавать электрический ток.

При помощи высокоточного микроскопа ученые определили положение концов нанопроводника. Используя другую технологию, они подвели к концам этого нанопровдника электроды, размеры которых исчисляются десятками нанометров. В процессе подключения к концам нанопроводника путем осаждения на них дополнительного материала эти электроды увеличились в размере до микронного масштаба, что во много раз увеличило удобство подключения к ним измерительной техники.

Проведя измерения, ученые определили, что золотые ДНК-нанопроводники способны проводить электрический ток достаточно большой для их размера силы. А в будущем эти же ученые собираются разработать технологию создания проводников со сложной структурой, имеющих по нескольку ответвлений, при помощи которых можно будет соединять большое количество компонентов, изготовленных из тех же молекул ДНК.