Un team di ricercatori provenienti da Russia e Israele, compresi scienziati del MIPT, ha realizzato nanofili da molecole di DNA e nanoparticelle d'argento. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Materiale avanzato e sono presenti sulla copertina del giornale.

Man mano che i circuiti e i dispositivi diventano più piccoli ed efficienti, l'elettronica convenzionale si avvicina a un limite tecnologico. Per migliorare e miniaturizzare i dispositivi elettrici e ottici sono necessari componenti di dimensioni nanometriche. Un approccio promettente è optare per l'elettronica molecolare, che si basano su componenti a singola molecola. I nanofili potrebbero essere utilizzati come componente di base nei circuiti. La struttura del DNA e la sua capacità di autoassemblaggio lo rendono una molecola molto conveniente per la produzione di nanofili.

"Se le molecole di DNA mostrassero una conduttività elettrica duratura, avremmo presto visto una nuova generazione di circuiti elettronici e dispositivi elettrici. Però, la conduttività del DNA sembra essere molto bassa in alcune circostanze, soprattutto quando la molecola è depositata su un substrato duro. Abbiamo scoperto che una molecola di DNA composta da coppie guanina-citosina (GC-DNA) può interagire con le nanoparticelle d'argento "catturando" gli atomi del metallo. Man mano che gli atomi d'argento vengono introdotti nel DNA, la molecola subisce metallizzazione, "dice Dmitry Klinov, il capo del Laboratorio di Nanotecnologie Mediche presso il Centro Federale di Ricerca e Clinica di Medicina Fisico-Chimica e professore presso il Dipartimento di Medicina Molecolare e Traslazionale del MIPT.

Le proprietà intriganti del DNA non si limitano alla capacità di immagazzinare informazioni genetiche. È uno dei principali candidati per i nanoconduttori da utilizzare nell'elettronica molecolare. Gli autori dello studio hanno rivelato una serie di caratteristiche peculiari del DNA nelle loro precedenti ricerche. in primo luogo, mostra proprietà superconduttive quando viene posizionato tra due superconduttori (un fenomeno noto come superconduttività indotta dalla prossimità). In secondo luogo, le molecole di DNA possono effettuare il trasporto di carica, ma la loro conduttività varia a seconda del substrato su cui si depositano. Il trasporto di carica può essere facilitato introducendo atomi di metallo lungo il doppio filamento, sebbene sia difficile ottenere la loro distribuzione uniforme lungo l'intera lunghezza della molecola. Di conseguenza, la metallizzazione non avviene in alcune regioni della molecola, che compromette la sua conduttività elettrica complessiva. Gli autori dello studio hanno scoperto che GC-DNA, che è costituito da un filamento di guanina e un filamento complementare di citosina, possono essere trattati con nanoparticelle d'argento per ottenere una struttura metallizzata uniforme.

La metallizzazione è un processo relativamente semplice che prevede l'aggiunta di GC-DNA a una soluzione di nanoparticelle d'argento ricoperte di oligonucleotidi e l'incubazione per due o tre giorni. Le particelle interagiscono con il DNA donando i loro atomi (vedi diagramma), e infine l'intera molecola è metallizzata uniformemente. Gli scienziati si riferiscono alla molecola a base di DNA risultante come E-DNA (la lettera E sta per "elettrico"). L'E-DNA è più rigido e più resistente alla deformazione meccanica rispetto al DNA canonico a doppia elica (dsDNA). Inoltre, non viene digerito dagli enzimi specifici della molecola madre. Come dimostrato dalla microscopia a forza atomica, la molecola di E-DNA ha un'altezza maggiore (1.1 nm), rispetto al dsDNA genitore (0,7 nm).

"Poiché gli atomi di metallo sono distribuiti uniformemente lungo la molecola di DNA, ci aspettiamo che il nanofilo sia un buon conduttore, " spiega Dmitry Klinov.

Il team prevede di condurre ulteriori ricerche sulle proprietà dell'E-DNA e sui meccanismi di metallizzazione.