Los científicos apuntan globalmente a controlar las reacciones químicas, un objetivo ambicioso que requiere identificar los pasos dados por los reactivos iniciales para llegar a los productos finales a medida que tiene lugar la reacción. Mientras este sueño quede por realizarse, Las técnicas para sondear reacciones químicas se han vuelto lo suficientemente avanzadas como para hacerlo posible. De hecho, ¡Las reacciones químicas ahora se pueden monitorear basándose en el cambio de propiedades electrónicas de una sola molécula! Gracias al microscopio de efecto túnel (STM), esto también es sencillo de lograr. ¿Por qué no utilizar un enfoque de molécula única para descubrir también las vías de reacción?

Con este objetivo científicos del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón decidió explorar la "hibridación" del ADN (formación de un ADN bicatenario a partir de dos ADN monocatenarios) midiendo los cambios en la conductividad eléctrica de una sola molécula utilizando un STM. "Las investigaciones de una sola molécula a menudo pueden revelar nuevos detalles sobre procesos químicos y biológicos que no se pueden identificar en una colección masiva de moléculas debido al promedio del comportamiento de las moléculas individuales". "explica el profesor Tomoaki Nishino, quien formó parte del estudio, publicado recientemente en Ciencia química .

Los científicos adjuntaron un ADN de una sola hebra (ssDNA) a una punta de STM hecha de oro y utilizaron una película de oro plana para pegar la hebra complementaria a través de un proceso conocido como "adsorción". Luego aplicaron un voltaje de polarización entre la punta STM recubierta y la superficie dorada y llevaron la punta extremadamente cerca de la superficie sin tocarla (Fig. 1). Esta, Sucesivamente, permitió que una corriente fluyera a través del espacio intermedio debido a un proceso conocido como "túnel cuántico". Los químicos monitorearon la variación en el tiempo de esta corriente de túnel a medida que las cadenas de ADN interactuaban entre sí.

El equipo obtuvo trazos de corriente que representan regiones de meseta formadas por pendientes pronunciadas y posteriores descensos en la corriente de túnel. Más lejos, estas mesetas no se formaron cuando la superficie de oro no se modificó con ssDNA o se modificó con una hebra no complementaria. Basado en esto, Los científicos atribuyeron las mesetas a la formación de un ADN bicatenario (dsDNA) resultante de la hibridación del ssDNA en la punta del STM y la superficie. Equivalentemente, atribuyeron la abrupta disminución de la corriente a la ruptura o "deshibridación" del dsDNA debido a la agitación térmica.

A continuación, el equipo investigó la cinética (evolución temporal de la reacción) de los procesos de deshibridación e hibridación utilizando resultados experimentales y simulaciones de dinámica molecular. El primero reveló una conductancia de meseta independiente de la concentración de ADN, confirmando que las medidas actuales reflejan la conductancia de una sola molécula, mientras que el último sugirió la formación de un intermedio de ADN parcialmente hibridado que no se pudo detectar solo por conductancia.

Curiosamente, la eficiencia de hibridación fue mayor para muestras de alta concentración de ADN, contradiciendo los hallazgos de un estudio anterior realizado con una solución de ssDNA a granel. Los químicos atribuyeron esta observación a la ausencia de difusión masiva en su estudio.

"Estos nuevos conocimientos deberían contribuir a mejorar el rendimiento de muchos diagnósticos basados ​​en el ADN, "observa el profesor Nishino, entusiasmado con los hallazgos, "Además, nuestro método puede extenderse a la investigación de reacciones químicas intermoleculares entre una variedad de moléculas individuales, permitiendo una comprensión mecanicista de las reacciones químicas, así como el descubrimiento de una nueva reactividad química desde la perspectiva de una sola molécula ".