ADN la materia de la vida, también puede ser una gran sacudida para los ingenieros que intentan avanzar en el desarrollo de pequeños, Dispositivos electrónicos de bajo costo.

Al igual que encender el interruptor de la luz en casa, solo en una escala 1, 000 veces más pequeño que un cabello humano:un equipo dirigido por ASU ha desarrollado el primer interruptor de ADN controlable para regular el flujo de electricidad dentro de un solo, Molécula de tamaño atómico. El nuevo estudio, dirigido por el investigador del Instituto de Biodesign ASU, Nongjian Tao, fue publicado en la revista avanzada en línea Comunicaciones de la naturaleza .

"Se ha establecido que el transporte de carga es posible en el ADN, pero para un dispositivo útil, uno quiere poder encender y apagar el transporte de carga. Logramos este objetivo modificando químicamente el ADN, "dijo Tao, quien dirige el Centro de Biodiseño de Bioelectrónica y Biosensores y es profesor en las Escuelas de Ingeniería de Fulton. "No solo eso, pero también podemos adaptar el ADN modificado como sonda para medir reacciones a nivel de una sola molécula. Esto proporciona una forma única de estudiar reacciones importantes implicadas en la enfermedad, o reacciones de fotosíntesis para nuevas aplicaciones de energía renovable ".

Los ingenieros a menudo piensan en la electricidad como agua, y el nuevo interruptor de ADN del equipo de investigación actúa para controlar el flujo de electrones dentro y fuera, como el agua que sale de un grifo.

Previamente, El grupo de investigación de Tao había hecho varios descubrimientos para comprender y manipular el ADN para sintonizar más finamente el flujo de electricidad a través de él. Descubrieron que podían hacer que el ADN se comportara de diferentes maneras, y podían engatusar a los electrones para que fluyeran como ondas de acuerdo con la mecánica cuántica. o "brincan" como conejos en la forma en que funciona la electricidad en un alambre de cobre, creando una nueva y emocionante avenida para el ADN, Aplicaciones nanoelectrónicas.

Tao reunió un equipo multidisciplinario para el proyecto, incluyendo al estudiante postdoctoral de ASU Limin Xiang y Li Yueqi realizando experimentos de banco, Julio Palma trabajando en el marco teórico, con más ayuda y supervisión de los colaboradores Vladimiro Mujica (ASU) y Mark Ratner (Northwestern University).

Para lograr su hazaña de ingeniería, El grupo de Tao, modificó solo una de las icónicas letras químicas de doble hélice del ADN, abreviado como A, C, T o G, con otro grupo químico, llamado antraquinona (Aq). La antraquinona es una estructura de carbono de tres anillos que se puede insertar entre pares de bases de ADN, pero contiene lo que los químicos llaman grupo redox (abreviatura de reducción, o ganando electrones u oxidación, perdiendo electrones).

Estos grupos químicos también son la base de cómo nuestros cuerpos convierten la energía química a través de interruptores que envían todos los pulsos eléctricos en nuestro cerebro. nuestros corazones y comunican señales dentro de cada célula que pueden estar implicadas en las enfermedades más prevalentes.

La hélice Aq-DNA modificada ahora podría ayudarlo a realizar el cambio, deslizándose cómodamente entre los peldaños que forman la escalera de la hélice del ADN, y otorgándole una nueva habilidad para ganar o perder electrones de manera reversible.

A través de sus estudios, cuando intercalaron el ADN entre un par de electrodos, controlaron cuidadosamente su campo eléctrico y midieron la capacidad del ADN modificado para conducir electricidad. Esto se realizó utilizando un elemento básico de la nanoelectrónica, un microscopio de túnel de barrido, que actúa como la punta de un electrodo para completar una conexión, ser empujado repetidamente hacia adentro y hacia afuera del contacto con las moléculas de ADN en la solución como un dedo tocando una gota de agua.

"Encontramos que el mecanismo de transporte de electrones en el sistema actual de antraquinona-ADN favorece el" salto "de electrones a través de la antraquinona y las bases de ADN apiladas, "dijo Tao. Además, descubrieron que podían controlar reversiblemente los estados de conductancia para hacer que el ADN se encienda (alta conductancia) o se apague (baja conductancia). Cuando la antraquinona ha ganado la mayor cantidad de electrones (su estado más reducido), es mucho más conductivo, y el equipo trazó con precisión una imagen tridimensional para explicar cómo la antraquinona controlaba el estado eléctrico del ADN.

Para su próximo proyecto, esperan ampliar sus estudios para dar un paso más hacia hacer realidad los nanodispositivos de ADN.

"Estamos particularmente entusiasmados de que el ADN diseñado proporcione una buena herramienta para examinar la cinética de la reacción redox, y termodinámica el nivel de una sola molécula, "dijo Tao.