<<
>>

Гексагональная наноструктура с включениями атомов железа и рутения

Фракталы окружают нас почти повсюду. Их форму можно найти в большинств

природных объектов: снежинках, листьях на деревьях и т.д. Недавно ученые смогли синтезировать большую молекулу-фрактал.

Это удалось команде ученых из Университета Акрона, Огайо, США и Университета Клемсона.

Чтобы получить необычную молекулу, ученые воспользовались технологией самосборки наноструктур, которая значительно облегчает задачу при исследовании наномира.

Молекула-фрактал (рис. 6.4) представляет собой гексагональную наноструктуру с включениями атомов железа и рутения. Чтобы получить снимки молекулы для изучения ее морфологии, ученым пришлось заморозить ее до —267°С.

Размеры молекулы — всего 12 нм, однако они достаточно большие для одиночной молекулы. Процесс синтеза молекулы во многом схож с получением полимеров.

Как утверждают ученые, это не первая созданная человеком наноструктура, однако это первая молекула, похожая по форме на звезду Давида.

Исследования учеными проводились в рамках межуниверситетской программы NanoBioTechnology Initiative стоимостью 8 млн долл.

Как сказали ученые, применение молекулы-фрактала может быть самым разнообразным: от использования в батарейках до фотоэлектрических устройств.

Рис. 6.4. Молекула-фрактал

О новом ДНК-чипе

Ученые из Иллинойского университета, США, создали ДНК-чип, способный протягивать молекулы ДНК через тонкие нанопоры, используя электрическое поле. Это открытие позволит детально изучить механические свойства ДНК и создать быстродействующие секвенаторы.

«Мы разрабатывали устройство, способное записывать последовательности нуклеотидов ДНК по мере того, как биомолекула проходит через топкую пору в специальной кремниевой мембране, — говорит один из исследователей, Алексей Аксиментьев.

— Чем меньше диаметр нанопоры, тем точнее мы можем управлять положением в ней молекулы, и, соответственно, наши шансы на прочтение последовательности нуклеотидов увеличиваются».

Как далее объяснил ученый, компьютерное моделирование показало, что, приложив сильное электрическое поле к нанопоре, можно будет протиснуть через нее молекулу ДНК, даже если диаметр молекулы (в растворе) больше диаметра канала нанопоры! Ученые убедились, что ДНК проходит через нанопору с диаметром даже 2,5 нм. Это выглядит так: электрическое поле сжимает молекулу и протягивает ее через узкое отверстие.

Ученые проводили свои опыты на «клеточном полигоне», состоящем из двуслойной мембраны в растворе электролита К — С1 с использованием Ag/AgCl электродов. В раствор была помещена кремний-нит- ридная мембрана, в которой исследователи пробили электронно-лучевым методом нанопору диаметром около 1—3 нм. Далее ученые поместили в область отрицательно заряженного электрода молекулы ДНК и приложили напряжение через мембрану, измеряя ток, протекающий по нанопоре. В то время как ДНК проходила через канал, транспорт электролита временно прекращался. Ученые оценили силу, которая понадобилась для «протягивания» ДНК через нанопору. Она колебалась от 1 до 300 пН в течение прохождения молекулы через мембрану.

На основании проделанных экспериментов удалось построить математическую модель, которая описала процесс транспорта ДНК. Также был построен ряд визуализационных изображений, представленных на рис. 6.5.

«Одно из потенциальных применений ДНК-нанопоры — в диагностике генетических заболеваний. Мы можем оснастить канал различными протеинами, которые при взаимодействии с ДНК, находящейся в нем, будет изменять силу протягивания биомолекулы. По значению этой силы можно говорить о каких-либо отклонениях от нормы в молекуле и, соответственно, выделять ее поврежденные участки. Возможно, что таким образом можно будет лечить различные генетические заболевания», — говорит Алексей Аксиментьев.

«Другое применение наноустройства — в экспресс ДНК-секвениро- вании, — продолжает Аксиментьев. — Сам факт того, что молекула смогла

Рис. 6.5. Модель ДНК, проходящей через нанопору

протиснуться через пору диаметром 1 нм, говорит о сильном взаимодействии нуклеотидов с поверхностью канала, а если мы сможем зафиксировать там ДНК и каким-то образом сканировать нуклеотиды, то получим самый эффективный на сегодняшний день секвенатор».

Сейчас ученые планируют исследовать электрические свойства отдельных фрагментов ДНК, находящейся в нанопоре. Для этого они создают многослойную кремниевую мембрану, которая и будет сканировать молекулу. Как говорит Алексей Аксиментьев, это будет первым шагом по созданию секвенатора ДНК высокого быстродействия.

Ученые сообщили о своем открытии в текущем выпуске журнала Nano Letters.

<< | >>
Источник: П.П. Мальцев. Нанотехнологии. Наноматериалы.. 2008

Еще по теме Гексагональная наноструктура с включениями атомов железа и рутения:

  1. Гексагональная наноструктура с включениями атомов железа и рутения