El ADN, el material de la vida, también puede ser una gran sorpresa para los ingenieros que intentan avanzar en el desarrollo de dispositivos electrónicos pequeños y de bajo costo.
Al igual que encender su interruptor de luz en casa, solo en una escala 1,000 veces más pequeña que un cabello humano, un equipo liderado por ASU ha desarrollado el primer interruptor de ADN controlable para regular el flujo de electricidad dentro de un único sistema atómicoMolécula de tamaño. El nuevo estudio, dirigido por el investigador del Instituto de Biodiseño ASU Nongjian Tao, fue publicado en la revista en línea avanzada Comunicaciones de la naturaleza.
"Se ha establecido que el transporte de carga es posible en el ADN, pero para un dispositivo útil, uno quiere poder activar y desactivar el transporte de carga. Logramos este objetivo modificando químicamente el ADN", dijo Tao, quien dirigeBiodesign Center for Bioelectronics and Biosensors y es profesor en las Escuelas de Ingeniería de Fulton. "No solo eso, sino que también podemos adaptar el ADN modificado como una sonda para medir las reacciones a nivel de molécula única. Esto proporciona una forma única deestudiar reacciones importantes implicadas en enfermedades o reacciones de fotosíntesis para nuevas aplicaciones de energía renovable ".
Los ingenieros a menudo piensan en la electricidad como el agua, y el nuevo interruptor de ADN del equipo de investigación actúa para controlar el flujo de electrones dentro y fuera, al igual que el agua que sale de un grifo.
Anteriormente, el grupo de investigación de Tao había hecho varios descubrimientos para comprender y manipular el ADN para ajustar con mayor precisión el flujo de electricidad a través de él. Descubrieron que podían hacer que el ADN se comportara de diferentes maneras, y podían engatusar a los electrones para que fluyeran como ondas de acuerdo con la cuánticamecánica o "salto" como conejos en la forma en que funciona la electricidad en un cable de cobre, creando una nueva y emocionante vía para aplicaciones nanoelectrónicas basadas en ADN.
Tao reunió un equipo multidisciplinario para el proyecto, que incluyó al estudiante postdoctoral de ASU Limin Xiang y Li Yueqi realizando experimentos de banco, Julio Palma trabajando en el marco teórico, con la ayuda y supervisión de los colaboradores Vladimiro Mujica ASU y Mark Ratner Universidad del Noroeste.
Para lograr su proeza de ingeniería, el grupo de Tao modificó solo una de las letras químicas icónicas de doble hélice del ADN, abreviadas como A, C, T o G, con otro grupo químico, llamado antraquinona Aq. La antraquinona es un carbono de tres anillosestructura que se puede insertar entre pares de bases de ADN pero que contiene lo que los químicos llaman un grupo redox abreviatura de reducción u ganancia de electrones u oxidación, pérdida de electrones.
Estos grupos químicos también son la base de cómo nuestros cuerpos convierten la energía química a través de interruptores que envían todos los pulsos eléctricos en nuestros cerebros, nuestros corazones y comunican señales dentro de cada célula que pueden estar implicadas en las enfermedades más prevalentes.
La hélice Aq-DNA modificada ahora podría ayudarlo a realizar el cambio, deslizándose cómodamente entre los peldaños que conforman la escalera de la hélice de ADN y otorgándole una nueva capacidad encontrada para ganar o perder electrones de forma reversible.
A través de sus estudios, cuando intercalaron el ADN entre un par de electrodos, controlaron cuidadosamente su campo eléctrico y midieron la capacidad del ADN modificado para conducir electricidad. Esto se realizó utilizando una grapa de nanoelectrónica, un microscopio de túnel de barrido, que actúa como la punta de un electrodo para completar una conexión, empujándose repetidamente dentro y fuera del contacto con las moléculas de ADN en la solución como un dedo tocando una gota de agua.
"Encontramos que el mecanismo de transporte de electrones en el presente sistema de antraquinona-ADN favorece el" salto "de electrones a través de antraquinona y bases de ADN apiladas", dijo Tao. Además, descubrieron que podían controlar reversiblemente los estados de conductancia para activar el ADN.alta conductancia o desconexión baja conductancia. Cuando la antraquinona ha obtenido la mayor cantidad de electrones su estado más reducido, es mucho más conductivo, y el equipo trazó una imagen tridimensional para explicar cómola antraquinona controlaba el estado eléctrico del ADN.
Para su próximo proyecto, esperan extender sus estudios para estar un paso más cerca de hacer realidad los nanodispositivos de ADN.
"Estamos particularmente entusiasmados de que el ADN diseñado proporciona una buena herramienta para examinar la cinética de reacción redox y la termodinámica el nivel de molécula única", dijo Tao.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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