|
Американские нанотехнологи из Университета Дьюка (Duke University) создают из молекул ДНК самособирающиеся решетки, которые в будущем могут стать основой для сверхкомпактной электроники.
Совсем недавно «Элементы» рассказывали, как из ДНК собираются микроскопического размера объемные пирамидки. И вот новое сообщение об использовании этой замечательной молекулы в наноинженерном деле, на этот раз для создания плоских решеток, которые могут стать подложкой для будущих микроэлектронных и оптических устройств.Элементарная ячейка разработанной решетки представляет собой крестовину из молекул ДНК (см. рис. слева). Ее основа — закольцованная нить ДНК, уложенная в форме перекрестия (красная). В каждом из четырех квадрантов она сплетается с другими нитями ДНК, концы которых остаются свободными. Такие конструкции разработчики называют плитками (tiles).
|
Свободные одиночные нити ДНК обладают способностью сплетаться с другими нитями. Специалисты называют их липкими концами (sticky ends). Изготовленные из ДНК перекрестия, будучи помещены в раствор, соединяются между собой липкими концами без всяких дополнительных усилий. Нужно только, чтобы на двух нитях последовательности нуклеотидов были взаимно дополнительными (см. ДНК).
Еще два года назад в Университете Дьюка научились создавать из таких плиток целые молекулярные ДНК-решетки шириной в десятки ячеек. Но тогда все ячейки в слоях были одинаковы и соединялись между собой в произвольном порядке (см. фото внизу).
|
На этот раз ученые пошли дальше, сделав 16 разных типов плиток. У каждого типа на липких концах присутствует свой специфический код. Это превращает раствор в своеобразный пазл — плитки которого могут соединяться друг с другом только в одном строго определенном порядке, образуя фрагменты решетки размером 4 на 4 клетки.
Для наглядной демонстрации того, что плитки соединяются в заданном порядке, некоторые из них пометили, закрепив на перекрестиях ДНК белковые молекулы, сообщает EurekAlert!. Соединившись между собой, такие плитки образовали надписи в виде букв «D», «N» и «A», соответствующих английской аббревиатуре, обозначающей ДНК. Они хорошо заметны на изображении, которое получено атомно-силовым микроскопом (см. рис. вверху).
|
Всего у 16 плиток, входящих в одну решетку, имеется 128 свободных липких концов. Для правильного соединения они должны нести попарно соответствующие генетические коды (последовательности нуклеотидов). На первый взгляд кажется, что подобрать их нетрудно — просто назначить каждой паре концов свой код. Однако в действительности всё заметно сложнее.
Коды непарных липких концов должны достаточно сильно отличаться, чтобы избежать нежелательного взаимодействия. Если на них обнаружатся сколько-нибудь длинные взаимно дополнительные фрагменты, плитки могут соединиться неправильно. Кроме того, нежелательно использовать длинные отрезки кода из повторяющихся нуклеотидов одного и того же типа — это может привести к деформации молекул.
Подбор оптимальных кодов для решетки 4 х 4 оказался сложной комбинаторной математической задачей. На ее решение
Шаг ячейки
