DNA, una molecola famosa per immagazzinare i progetti genetici di tutti gli esseri viventi, può fare anche altre cose. In un nuovo documento, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) descrivono in che modo è possibile utilizzare singoli filamenti di DNA su misura per purificare la tanto desiderata forma "a poltrona" di nanotubi di carbonio. I nanotubi di carbonio a parete singola a forma di poltrona sono necessari per realizzare "fili quantici" a bassa perdita, trasmissione e cablaggio di energia elettrica a lunga distanza.

I nanotubi di carbonio a parete singola hanno solitamente un diametro di circa un nanometro, ma possono essere lunghi milioni di nanometri. È come se prendessi un foglio di atomi di carbonio dello spessore di un atomo, disposti secondo uno schema esagonale, e l'ho arricciato in un cilindro, come arrotolare un pezzo di rete metallica. Se hai provato quest'ultimo, sai che ci sono molte possibilità, a seconda di quanto accuratamente abbini i bordi, da pulito, file di esagoni perfettamente abbinate che circondano il cilindro, a file che si avvolgono in spirali a vari angoli - "chiralità" nel linguaggio chimico.

La chiralità gioca un ruolo importante nelle proprietà dei nanotubi. La maggior parte si comporta come semiconduttori, ma alcuni sono metalli. Una speciale forma chirale, il cosiddetto "nanotubo di carbonio da poltrona", si comporta come un metallo puro ed è il filo quantico ideale, secondo il ricercatore del NIST Xiaomin Tu.

I nanotubi di carbonio delle poltrone potrebbero rivoluzionare i sistemi di alimentazione elettrica, grandi e piccoli, Tu dice. Si prevede che i fili realizzati con essi conducano elettricità 10 volte meglio del rame, con molta meno perdita, a un sesto il peso. Ma i ricercatori devono affrontare due ostacoli:produrre campioni di partenza totalmente puri di nanotubi da poltrona, e "clonarli" per la produzione di massa. La prima sfida, come notano gli autori, è stato "un obiettivo sfuggente".

Separare una particolare chiralità del nanotubo da tutte le altre inizia con il rivestimento per farli disperdere in soluzione, come, lasciati a se stessi, si raggrupperanno insieme in una massa oscura. Diversi materiali sono stati usati come disperdenti, compresi i polimeri, proteine ​​e DNA. Il trucco del NIST consiste nel selezionare un filamento di DNA che abbia una particolare affinità per il tipo di nanotubo desiderato. In lavori precedenti, *** Il team leader Ming Zheng e colleghi hanno dimostrato filamenti di DNA che potrebbero selezionare per una delle forme semiconduttori di nanotubi di carbonio, un obiettivo più facile. In questo nuovo documento, il gruppo descrive come hanno metodicamente attraversato semplici mutazioni del DNA favorevole ai semiconduttori per "evolvere" un modello che preferiva invece i nanotubi metallici a poltrona.

"Crediamo che ciò che accade è che, con il nanotubo giusto, il DNA si avvolge elicoidalmente attorno al tubo, " spiega Costantino Khripin, "e le basi nucleotidiche del DNA possono connettersi tra loro in un modo simile a come si legano nel DNA a doppio filamento". Secondo Zheng, "Il DNA forma questo barilotto stretto attorno al nanotubo. Adoro questa idea perché è una specie di lucchetto e chiave. Il nanotubo a poltrona è una chiave che si inserisce all'interno di questa struttura del DNA:hai questo tipo di riconoscimento molecolare".

Una volta che i nanotubi bersaglio sono avvolti dal DNA, tecniche chimiche standard come la cromatografia possono essere utilizzate per separarli dalla miscela con elevata efficienza.

"Ora che abbiamo questi campioni di nanotubi puri, " dice il membro del team Angela Hight Walker, "possiamo sondare la fisica sottostante di questi materiali per comprendere ulteriormente le loro proprietà uniche. Ad esempio, alcune caratteristiche ottiche un tempo ritenute indicative di nanotubi di carbonio metallico non sono presenti in questi campioni da poltrona".