A tudósok a DNS-ben találnak megoldást egy olyan szupravezető építésére, amely átalakíthatja a technológiát

A Virginia Egyetem Orvostudományi Karának tudósai és munkatársaik a DNS segítségével szinte leküzdhetetlen akadályt győztek le olyan anyagok kifejlesztésében, amelyek forradalmasítanák az elektronikát.

Az ilyen megtervezett anyagok lehetséges eredménye szupravezetők lehetnek, amelyeknek nincs elektromos ellenállása, lehetővé téve az elektronok akadálytalan áramlását. Ez azt jelenti, hogy nem veszítenek energiát és nem termelnek hőt, ellentétben a mai elektromos átviteli eszközökkel. Egy olyan szupravezető kifejlesztése, amely szobahőmérsékleten – nem pedig rendkívül magas vagy alacsony hőmérsékleten, mint ahogy most lehetséges – nagy léptékben használható, hipergyors számítógépekhez vezethet, az elektronikai eszközök méretének csökkenéséhez, a nagysebességű vonatok lebegtetéséhez vezethet. mágnesek és csökkenti az energiafogyasztást, többek között más előnyök mellett.

Egy ilyen szupravezetőt először több mint 50 évvel ezelőtt William A. Little, Stanford fizikusa javasolt. A tudósok évtizedeket töltöttek azzal, hogy megvalósítsák, de még az ötlet megvalósíthatóságának megerősítése után is olyan kihívás elé néztek, amelyet lehetetlennek tűnt leküzdeni. Mostanáig.

Edward H. Egelman, Ph.D., az UVA Biokémiai és Molekuláris Genetikai Tanszékén vezető szerepet tölt be a krioelektronmikroszkópiában (cryo-EM), és ő és Leticia Beltran, a laboratóriumának végzős hallgatója krio-EM képalkotást használt ezt a lehetetlennek tűnő projektet. “Ez azt mutatja” – mondta -, hogy a krio-EM technikában nagy lehetőségek rejlenek az anyagkutatásban.

Mérnöki munka atomi szinten

Little szupravezető ötlete megvalósításának egyik lehetséges módja a szén nanocsövek rácsainak módosítása, olyan üreges szénhengerek, amelyek olyan kicsik, hogy nanométerben – a méter milliárdod részében – kell mérni. De volt egy hatalmas kihívás: a nanocsövek mentén lezajló kémiai reakciók szabályozása, hogy a rácsot olyan precízen össze lehessen szerelni, amennyire szükség van, és a rendeltetésnek megfelelően működjön.

Egelman és munkatársai az élet építőköveiben találták meg a választ. Felvették a DNS-t, azt a genetikai anyagot, amely megmondja az élő sejteknek, hogyan működjenek, és felhasználták egy kémiai reakció elindítására, amely legyőzi Little szupravezetője előtti nagy akadályt. Alapvetően a kémia segítségével elképesztően precíz szerkezeti tervezést hajtottak végre – az egyes molekulák szintjén történő felépítést. Az eredmény egy szén nanocsövekből álló rács volt, amelyet a Little-féle szupravezetőhöz szobahőmérsékleten kellett összeállítani.

“Ez a munka azt mutatja, hogy a szén nanocsövek rendezett módosítása elérhető a szomszédos reakcióhelyek közötti távolság DNS-szekvencia-szabályozásával” – mondta Egelman.

A kutatók szerint az általuk épített rácsot még nem tesztelték szupravezetés szempontjából, de elvi bizonyítékot kínál, és nagy lehetőségeket rejt magában a jövőre nézve. “Míg a krio-EM a biológia fő technikájává vált a fehérjeszerkezetek atomi szerkezetének meghatározására, a mai napig sokkal kisebb hatást gyakorolt ​​az anyagtudományra” – mondta Egelman, akinek korábbi munkája alapján bemutatkozott a Nemzeti Akadémián. a Tudományok egyik legmagasabb kitüntetése, amelyet egy tudós kaphat.

Egelman és munkatársai szerint a rácsépítés DNS-vezérelt megközelítése számos hasznos kutatási alkalmazást kínálhat, különösen a fizikában. De igazolja a Little-féle szupravezető szobahőmérsékleten történő megépítésének lehetőségét is. A tudósok munkája az elmúlt években a szupravezetők terén elért egyéb áttörésekkel kombinálva végül átalakíthatja az általunk ismert technológiát, és egy sokkal inkább “Star Trek” jövőhöz vezethet.

“Miközben gyakran gondolunk a biológiára a fizikából származó eszközök és technikák felhasználásával, munkánk azt mutatja, hogy a biológiában kifejlesztett megközelítések valóban alkalmazhatók a fizika és a mérnöki problémákra” – mondta Egelman. “Ez az, ami annyira izgalmas a tudományban: nem tudjuk megjósolni, hová vezet a munkánk.”

A kutatók eredményeiket a folyóiratban tették közzé Tudomány.