在每個(gè)先進(jìn)的生物體中，稱(chēng)為 DNA(脫氧核糖核酸，使用其全名)的分子構(gòu)成了遺傳密碼?，F(xiàn)代技術(shù)使 DNA 超越了生命物質(zhì);科學(xué)家們已經(jīng)確定，DNA 的復(fù)雜結(jié)構(gòu)使其有可能用于新時(shí)代的電子設(shè)備，其連接點(diǎn)僅包含單個(gè) DNA 分子。然而，與任何雄心勃勃的努力一樣，也存在需要克服的障礙。事實(shí)證明，單分子電導(dǎo)隨著分子長(zhǎng)度的增加而急劇下降，因此只有極短的 DNA 片段可用于電測(cè)量。有沒(méi)有辦法解決這個(gè)問(wèn)題?
確實(shí)，有來(lái)自的研究人員提出了一項(xiàng)新的突破性研究。他們?cè)O(shè)法通過(guò)“拉鏈”結(jié)構(gòu)中基于 DNA 分子的長(zhǎng)連接實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)的高電導(dǎo)率，該連接在電氣故障下也顯示出非凡的自恢復(fù)能力。這些結(jié)果已作為研究文章發(fā)表在Nature Communications 上。
研究人員是如何實(shí)現(xiàn)這一壯舉的?來(lái)自東京理工大學(xué)的 Tomoaki Nishino 博士是這項(xiàng)研究的一部分，他解釋說(shuō)：“我們研究了電子通過(guò)‘拉鏈’DNA 的單分子連接的傳輸，該連接垂直于兩種金屬之間的納米間隙軸。這種單分子連接不同于傳統(tǒng)的連接，不僅在 DNA 配置上，而且在相對(duì)于納米間隙軸的方向上也不同。”
該團(tuán)隊(duì)使用 10-mer 和 90-mer DNA 鏈(表示核苷酸的數(shù)量，DNA 的基本構(gòu)建塊，包括分子長(zhǎng)度)形成拉鏈樣結(jié)構(gòu)，并將它們連接到金表面或掃描隧道顯微鏡的金屬尖端，一種用于在原子水平上對(duì)表面成像的儀器。尖端和表面之間的分離構(gòu)成了用拉鏈 DNA 修飾的“納米間隙”。
通過(guò)測(cè)量穿過(guò)該納米間隙的稱(chēng)為“隧道電流”的量，該團(tuán)隊(duì)估計(jì)了 DNA 連接相對(duì)于沒(méi)有 DNA 的裸納米間隙的電導(dǎo)率。此外，他們進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬，以根據(jù)連接點(diǎn)的潛在“解壓縮”動(dòng)力學(xué)來(lái)理解他們的結(jié)果。
令他們高興的是，他們發(fā)現(xiàn)與長(zhǎng) 90 聚體 DNA 的單分子連接顯示出前所未有的高電導(dǎo)。模擬結(jié)果表明，這一觀察結(jié)果可歸因于一個(gè)離域 ? 電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在分子中自由移動(dòng)。模擬還表明了一些更有趣的事情：?jiǎn)畏肿咏Y(jié)實(shí)際上可以自我恢復(fù)，即在電氣故障后自發(fā)地從“解壓縮”變?yōu)?ldquo;壓縮”!這表明單分子連接既具有彈性又易于重現(xiàn)。
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