به تازگی مقاله‌ای در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است که در آن محققان ژاپنی نشان دادند که می‌توان از رشته‌های DNA در حوزه الکترونیک تک مولکولی استفاده کرد.
در این مقاله محققان مؤسسه فناوری توکیو نشان دادند که یک رشته DNA را می‌توان در یک دستگاه اتصال تک مولکولی که توانایی خود به‌خودی بازیابی دارد، مورد استفاده قرار داد. علاوه بر این، این دستگاه، بر اساس پیکربندی DNA «زیپر»، رسانایی الکتریکی غیرمتعارف بالایی را نشان می‌دهد و درهایی را به روی توسعه دستگاه‌های نانوالکترونیکی جدید باز می‌کند.
فناوری امروزی DNA را یک قدم فراتر از ماده زنده می‌برد. دانشمندان ثابت کرده‌اند که ساختارهای پیچیده DNA امکان استفاده از آن را در دستگاه‌های الکترونیکی عصر جدید با اتصالات متشکل از تنها یک مولکول DNA فراهم کرده است. با این حال، مانند هر تلاش بلندپروازانه دیگری، موانعی برای غلبه وجود دارد. به نظر می‌رسد که رسانایی تک مولکولی به شدت با طول مولکول کاهش می‌یابد، به طوری‌که تنها امتداد بسیار کوتاه DNA برای اندازه‌گیری‌های الکتریکی مفید است. آیا راهی برای حل این مشکل وجود دارد؟
محققان ژاپنی توانسته‌اند رسانایی غیرمتعارف بالایی را با اتصال رشته بلند مولکول DNA در یک پیکربندی «زیپ» به دست آورند که توانایی خود ترمیمی قابل توجهی را در هنگام شکست الکتریکی نشان می‌دهد. نتایج این تحقیق در قالب یک مقاله تحقیقاتی در Nature Communications منتشر شده است.
محققان چگونه به این موفقیت دست یافتند؟ دکتر توموآکی نیشینو از توکیو تک توضیح می‌دهد: «ما انتقال الکترون را از طریق اتصال تک مولکولی DNA «زیپر» که عمود بر محور یک نانو شکاف بین دو فلز است، بررسی کردیم.»
این تیم از یک رشته DNA برای تشکیل ساختاری زیپ مانند استفاده کردند و آن‌ها را به یک سطح طلا یا نوک میکروسکوپ تونلی روبشی متصل کردند. میکروسکوپ تونلی روبشی ابزاری برای تصویربرداری از سطوح در مقیاس اتمی است. جدایی بین نوک و سطح، «نانو شکاف» را تشکیل می‌دهد که با DNA زیپ اصلاح شده است.
این تیم با اندازه‌گیری کمیتی به نام «جریان تونل‌زنی» در سراسر این نانو شکاف، رسانایی اتصالات DNA را در برابر یک نانو شکاف خالی بدون DNA تخمین زدند.
آن‌ها با خوشحالی دریافتند که اتصال تک مولکولی با DNA بلند رسانایی بالا و بی‌سابقه‌ای را نشان می‌دهد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که این مشاهدات را می‌توان به سیستمی از الکترون‌های π غیرمستقر نسبت داد که می‌توانند آزادانه در مولکول حرکت کنند. شبیه‌سازی‌ها چیز جالب‌تری را پیشنهاد می‌کردند: اتصال تک مولکولی می‌تواند در واقع خود را بازیابی کند، یعنی از حالت «زیپ‌باز» به «زیپ بسته‌شده»، به‌طور خودبه‌خودی پس از یک شکست الکتریکی تغییر وضعیت دهد. این نتایج نشان داد که اتصال تک مولکولی هم انعطاف پذیر بوده و هم به راحتی قابل تکرار است.
در پی این دستاورد، محققان در مورد پیامدهای آینده این فناوری هیجان زده شدند. دکتر نیشینو چنین حدس می‌زند: «راهبرد ارائه شده در مطالعه ما می‌تواند مبنایی برای نوآوری در الکترونیک نانو مقیاس و تک مولکولی فراهم کند که احتمالاً می تواند نانوزیست‌فناوری، پزشکی و زمینه‌های مرتبط با آن را متحول کند.»