Credito:Tokyo Institute of Technology
Il potenziale delle proprietà strutturali del DNA nell'elettronica a singola molecola è stato finalmente sfruttato dai ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) in un dispositivo di giunzione a singola molecola che mostra capacità di autorigenerazione spontanea. Inoltre, il dispositivo, basato su una configurazione del DNA "a cerniera", mostra una conduttività elettrica non convenzionale, aprendo le porte allo sviluppo di nuovi dispositivi nanoelettronici.
In ogni organismo avanzato, la molecola chiamata DNA (acido desossiribonucleico, per usare il suo nome completo) costituisce il codice genetico. La tecnologia moderna porta il DNA un passo oltre la materia vivente; gli scienziati hanno stabilito che le intricate strutture del DNA ne hanno reso possibile l'uso in dispositivi elettronici di nuova era con giunzioni comprendenti solo una singola molecola di DNA. Tuttavia, come per ogni impresa ambiziosa, ci sono ostacoli da superare. Si scopre che la conduttanza della singola molecola diminuisce bruscamente con la lunghezza della molecola in modo che solo tratti di DNA estremamente brevi siano utili per misurazioni elettriche. C'è un modo per aggirare questo problema?
C'è, infatti, suggerire ricercatori dal Giappone in un nuovo studio rivoluzionario. Sono riusciti a raggiungere una conduttività non convenzionale con una lunga giunzione basata su molecole di DNA in una configurazione a "cerniera" che mostra anche una notevole capacità di autoripristinante in caso di guasto elettrico. Questi risultati sono stati pubblicati come articolo di ricerca in Nature Communications .
Come hanno fatto i ricercatori a raggiungere questa impresa? Il Dr. Tomoaki Nishino della Tokyo Tech, in Giappone, che faceva parte di questo studio, spiega:"Abbiamo studiato il trasporto di elettroni attraverso la giunzione a singola molecola di un DNA a 'cerniera' che è orientato perpendicolarmente all'asse di un nanogap tra due metalli. Questa giunzione a singola molecola differisce da quella convenzionale non solo nella configurazione del DNA ma anche nell'orientamento rispetto all'asse del nanogap."
Il team ha utilizzato un filamento di DNA da 10 mer e uno da 90 mer (che indicano il numero di nucleotidi, elementi costitutivi di base del DNA, che comprendono la lunghezza della molecola) per formare una struttura simile a una cerniera e li ha attaccati a una superficie dorata o a la punta metallica di un microscopio a effetto tunnel, uno strumento utilizzato per visualizzare le superfici a livello atomico. La separazione tra punta e superficie ha costituito il "nanogap" che è stato modificato con il DNA della cerniera.
Misurando una quantità chiamata "corrente di tunneling" attraverso questo nanogap, il team ha stimato la conduttività delle giunzioni del DNA rispetto a un nanogap nudo senza DNA. Inoltre, hanno eseguito simulazioni di dinamica molecolare per dare un senso ai loro risultati alla luce della dinamica sottostante di "decompressione" delle giunzioni.
Con loro grande gioia, hanno scoperto che la giunzione a singola molecola con il lungo DNA di 90 mer mostrava un'elevata conduttanza senza precedenti. Le simulazioni hanno rivelato che questa osservazione potrebbe essere attribuita a un sistema di elettroni π delocalizzati che potrebbero muoversi liberamente nella molecola. Le simulazioni hanno anche suggerito qualcosa di ancora più interessante:la giunzione a singola molecola potrebbe effettivamente ripristinarsi, ovvero passare da "decompresso" a "zippato", spontaneamente dopo un guasto elettrico. Ciò ha dimostrato che la giunzione a singola molecola era sia resiliente che facilmente riproducibile.
Sulla scia di queste scoperte, il team è entusiasta delle loro future ramificazioni nella tecnologia. Un ottimista Dr. Nishino ipotizza:"La strategia presentata nel nostro studio potrebbe fornire una base per innovazioni nell'elettronica su scala nanometrica con progetti superiori di elettronica a singola molecola che potrebbero probabilmente rivoluzionare la nanobiotecnologia, la medicina e i campi correlati". + Esplora ulteriormente
