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从DNA分子到超级导电的电子存储器

时间：2021-11-04 00:00:00 来源：网络整理

从DNA分子到超级导电的电子存储器

在每一种高级生物体中，DNA（脱氧核糖核酸）分子构成了遗传密码。现代科技使DNA超越了生命物质一步；科学家们已经证实，DNA的复杂结构使其有可能被用于新时代的电子设备中，这些电子设备的连接点只包含一个DNA分子。然而，也有一些障碍需要克服。单分子电导随着分子长度的增加而急剧下降，因此只有极短的DNA片段才有助于电测量。有办法解决这个问题吗？

来自日本的研究人员在一项新的突破性研究中提出了一些建议。他们成功地实现了一种非传统的高导电性，在“拉链”结构中有一个长的DNA分子连接，在电气故障下也显示出非凡的自我恢复能力。这些结果发表在《Nature Communications》的一篇研究文章中。

研究人员是如何取得这一成就的？来自日本东京理工大学的Tomoaki Nishino博士是这项研究的一部分，他解释说，“我们研究了垂直于两种金属之间纳米间隙轴的拉链DNA单分子连接的电子传输。这种单分子连接不仅在DNA结构上不同于传统连接，而且在相对于纳米间隙轴的方向上也不同。”

研究小组使用了一条10-mer和一条90-mer（表示组成分子长度的DNA基本组成部分核苷酸的数量）的DNA链形成拉链状结构，并将其连接到金表面或扫描隧道显微镜的金属尖端。扫描隧道显微镜是一种用于在原子水平上对表面成像的仪器。尖端和表面之间的分离构成了“纳米间隙”，用拉链DNA修饰。

通过测量穿过该纳米间隙的一个称为“隧道电流”的量，该团队估计了DNA连接相对于无DNA的裸纳米间隙的导电性。此外，他们还进行了分子动力学模拟，以根据连接的潜在“解压”动力学来解释其结果。

令他们高兴的是，他们发现长90-mer DNA的单分子结显示出前所未有的高电导。模拟显示，这一观察结果可能归因于一个离域系统电子可以在分子中自由移动。模拟还提出了更有趣的事情：单分子结实际上可以自我恢复，即从“解压”变为“解压”这表明单分子结既有弹性又易于复制。

在这些发现之后，团队对他们未来在技术上的发展感到兴奋。“我们研究中提出的战略可以为纳米级电子技术的创新提供基础，这些创新具有单分子电子技术的卓越设计，可能会彻底改变纳米生物技术、医学和相关领域。”

事实上，这是分子电子学领域令人兴奋的时刻！

Single-molecule junction spontaneously restored by DNA zipper


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