الحمض النووي لتنقية أنابيب الكربون النانوية

أعلن فريق من الباحثين من شركة دوبونت وجامعة ليهاي في بنسلفانيا بالولايات المتحدة الأمريكية عن تحقيق تقدم كبير في جهودهم لإنتاج أنابيب الكربون النانوية (CNTs) المناسبة للاستخدام في الإلكترونيات والطب وغيرها من التطبيقات.

أعلن فريق من الباحثين من شركة دوبونت وجامعة ليهاي في بنسلفانيا بالولايات المتحدة الأمريكية عن تحقيق تقدم كبير في جهودهم لإنتاج أنابيب الكربون النانوية (CNTs) المناسبة للاستخدام في الإلكترونيات والطب وغيرها من التطبيقات.

وفي مقال نُشر مؤخرًا في مجلة Nature العلمية، تزعم المجموعة أنها طورت طريقة تعتمد على الحمض النووي لفرز وفصل أنواع محددة من أنابيب الكربون النانوية عن الخليط.

الأنابيب النانوية الكربونية عبارة عن أنابيب رفيعة وممدودة من الجرافيت ذات خصائص كهربائية وحرارة وهيكلية متنوعة جدًا تختلف وفقًا لشكل الأنبوب وبنيته الدقيقة. يوفر هذا التنوع لهذه المادة قدرة مستقبلية واعدة في مجالات المكونات الإلكترونية، والليزر، وأجهزة الاستشعار، والطب الحيوي، وكمكونات التلدين في المواد المركبة.

توفر طرق الإنتاج الحالية خليطًا من الأنابيب ذات القطر والتماثل المتفاوتين. ومع ذلك، قبل أن يتم استخدام الأنابيب، يجب فصلها عن الخليط واستقبالها بشكل نظيف - كل نوع من الأنابيب وطبيعته الإلكترونية المختلفة.

"إن إجراء عملية منهجية لتنقية كل نوع متماثل من نفس النوع الإلكتروني من خليط اصطناعي أمر مرغوب فيه للغاية"، كما أشارت مجموعة البحث في مقال نشر في مجلة نيتشر، "لكن هذه المهمة أثبتت استحالتها حتى الآن".

في عام 2003، قام فريق مشترك من العلماء من شركة دوبونت ومعهد أبحاث معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة إلينوي بتطوير طريقة مبتكرة لفصل أنابيب الكربون النانوية المعدنية عن الأنابيب النانوية شبه الموصلة باستخدام الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني. ونشرت هذه النتائج في مجلة العلوم.

تعمل الدراسة الجديدة على تحسين نتائج الدراسة السابقة التي أجريت عام 2003 من خلال تحديد أكثر من عشرين قطعة قصيرة من الحمض النووي قادرة على تحديد الأنواع الفردية أو الأنواع من أنابيب الكربون النانوية وفصلها بشكل نظيف عن الخليط.

تستخدم الطريقة الجديدة تسلسلات الحمض النووي المعدلة التي "تمكن من تنقية جميع الأنواع الرئيسية العشرة من الأنابيب النانوية شبه الموصلة غير المتماثلة من خليط اصطناعي، مع الحصول على الاستخدام الكافي لكل من البحث الأساسي وتطوير التطبيقات."

"إن الاكتشاف المهم للباحثين Tu وZheng هو أنه إذا اخترت تسلسل الحمض النووي الصحيح، فإنه قادر على تحديد نوع معين من الأنابيب النانوية ويسمح لنا بالتعرف عليه بشكل نظيف. وهذا النوع من التحسين الحقيقي يجعلنا أقرب إلى قدرات التصنيع العملية.

كيف تتعرف قطع الحمض النووي على أنواع الأنابيب وتختارها؟ يدعي فريق البحث أن هذا يمكن أن يكون مرتبطًا بقدرة الحمض النووي على إنشاء بنية تختلف عن البنية الحلزونية المزدوجة العادية عندما تلتف حول الأنابيب.

إن حلزون ألفا، مثل ورقة لاصقة شفافة ملفوفة حول قلم رصاص لتشكيل أنبوب، هو شكل هيكلي مألوف للبروتينات - إحدى العائلات الرئيسية للبروتينات البيولوجية. بنية شائعة أخرى لوحظت في البروتينات هي صفيحة بيتا (صفيحة بيتا) - وهي بنية مستوية دائرية، حيث تشكل سلسلة البوليببتيد شرائح ممتدة، مرتبة بالتوازي، جنبًا إلى جنب. "مثل هذا الهيكل غير معروف بالنسبة للحمض النووي،" يلاحظ الباحث الرئيسي، "ومع ذلك، فقد أظهرنا أن هذا ممكن طالما أنك تسمح بامتصاص الحمض النووي على السطح. إذا كان السطح أسطوانيًا، مشابهًا لأنابيب الكربون، فيمكنك الحصول على نسخة مشابهة تُعرف باسم "برميل بيتا". دخول ويكيبيديا). "

على الرغم من أن الباحثين ليس لديهم حتى الآن دليل قاطع على ادعائهم، إلا أنهم لاحظوا أن الأدلة الظرفية تدعم بقوة فرضيتهم القائلة بأن الحمض النووي يخلق مثل هذا الهيكل المنظم بينما يتعرف على نوع معين من الأنابيب النانوية، بطريقة مشابهة لكيفية تعرف الحيوانات البيولوجية على بعضها البعض بفضل هياكلها المحددة.

يوضح الباحثون أن التطبيقات الطبية الحيوية لاكتشاف الأبحاث مثيرة للاهتمام بشكل خاص. أحد التطبيقات الممكنة لأنابيب الكربون النانوية، على سبيل المثال، هو استخدامها كمواد قادرة على إيصال عوامل بيولوجية إلى خلايا محددة في جسم الإنسان.

يقول الباحث الرئيسي: "نحن مهتمون جدًا بالتطبيقات الطبية الحيوية لهذا البحث: كيف سيؤثر ذلك على تفاعل الأنابيب مع المواد النانوية؟ هل ستكون مادة ضارة داخل الجسم؟ هل يمكننا استخدام ردود أفعالهم للتطبيقات الطبية؟ كل هذا هو مجال بحثي واسع النطاق وبكر."

الخبر من الجامعة

ملخص المقال في مجلة الطبيعة