Самый маленький молекулярный выпрямитель в представлении художника
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.
Схема эксперимента. Олигонуклеотидная последовательность: (5′-CGCGAAACGCG-3′-SH).
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.
Вольт-амперная характеристика ДНК (синяя) и комплекса ДНК-коралин (красная)
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.
Journal information