يمكن استغلال حلزونات مفردة من الحمض النووي لتحسين شكل "الكرسي ذو الذراعين" المرغوب فيه كثيرًا من أنابيب الكربون النانوية
إن الحمض النووي، وهو الجزيء المشهور بقدرته على تخزين البرامج الجينية لجميع الكائنات الحية، قادر على القيام بأشياء أخرى. في بحث جديد، يصف باحثون من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة كيف يمكن استغلال حلزونات مفردة من الحمض النووي لتحسين شكل "الكرسي ذو الذراعين" المرغوب فيه كثيرًا من أنابيب الكربون النانوية. تعتبر الأنابيب النانوية الكربونية ذات الجدار الواحد على شكل كرسي ذات أهمية كبيرة في صنع "الأسلاك الكمومية" لتوصيل الكهرباء.
عادةً ما يبلغ قطر أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار حوالي نانومتر، ولكن قد يصل طولها إلى ملايين النانومترات. إن الأمر يشبه أخذ ورقة أحادية الذرة من ذرات الكربون، مرتبة في أنماط سداسية، وطيها على شكل أسطوانة. ومع ذلك، يمكن إجراء تجعيد الشبكة بعدة طرق، اعتمادًا على درجة التطابق بين الحواف، بدءًا من اللف المثالي إلى الأشكال الحلزونية الملتفة، والتي لها طبيعة مراوانية.
تلعب Chirality دورا هاما في خصائص الأنابيب النانوية. معظمها يتصرف كأشباه الموصلات، ولكن بعضها معادن. أحد الأشكال الكيرالية الخاصة - ما يسمى بـ "الأنابيب النانوية الكربونية على شكل كرسي" - يتصرف مثل المعدن النقي ويمكن أن يشكل سلكًا كميًا مثاليًا، وفقًا لباحثي المعهد.
يمكن لأنابيب الكربون النانوية التي تأخذ شكل كرسي أن تحدث ثورة في الأنظمة التي تعمل بالكهرباء، الصغيرة والكبيرة على السواء. ومن المتوقع أن تقوم الأسلاك المكونة من هذه الأنابيب النانوية بتوصيل الكهرباء بشكل أفضل بعشر مرات من النحاس، وبوزن سدس الوزن وبفقدان طاقة منخفض للغاية. ومع ذلك، يواجه الباحثون في هذا المجال عقبتين: إنتاج عينات أولية نقية تمامًا من الأنابيب النانوية على شكل كرسي واستنساخها للإنتاج التجاري. التحدي الأول، بحسب الباحثين، كان حتى الآن "هدفا بعيد المنال".
يبدأ فصل الأنابيب النانوية ذات اللامركزية المحددة بتغليفها لجعلها تتشتت في المحلول، بحيث تتجمع معًا لتشكل كتلة كبيرة. يتم استخدام مجموعة متنوعة من المواد لبدء هذه العملية، بما في ذلك البوليمرات والبروتينات والحمض النووي. وكانت حيلة العلماء من معهد الأبحاث هي استخدام ملف الحمض النووي مع تقارب محدد لنوع الأنابيب النانوية. وفي دراسة سابقة، أظهر العلماء كيف أن حلزونات الحمض النووي قادرة على "اختيار" شكل واحد من بين العديد من الأشكال شبه الموصلة لأنابيب الكربون النانوية. في ورقتهم البحثية الجديدة، يصف الباحثون كيف أن طريقتهم تجعل من الممكن تطوير الحمض النووي الذي "يفضل" الأنابيب النانوية المعدنية في تكوين الكرسي على الأشكال الأخرى.
يوضح أحد الباحثين: "نعتقد أن ما يحدث هو كما يلي: باستخدام الأنبوب النانوي المناسب، يتم لف الحمض النووي حوله بطريقة ملتوية، ومن ثم تصبح قواعد النيوكليوتيدات في الحمض النووي قادرة على الاقتران مع بعضها البعض في بنفس الطريقة التي يحدثون بها في الحمض النووي المزدوج الحلزوني." ووفقا للباحثين، فإن "الحمض النووي يشكل هذا الملف الضيق حول الأنبوب النانوي". تعجبني هذه الآلية لأنها نوع من المفاتيح، وقفل مطابق لها. إن الأنبوب النانوي الذي يأخذ شكل كرسي هو المفتاح الذي يتناسب مع بنية الحمض النووي، لذلك لدينا نوع من التعرف الجزيئي.
بمجرد تغليف الأنابيب النانوية المناسبة بالحمض النووي، يمكن استخدام الطرق الكيميائية العادية، مثل الفصل اللوني، لفصلها عن الخليط بكفاءة عالية.
يوضح أحد الباحثين: «الآن بعد أن حصلنا على عينات الأنابيب النانوية النقية، أصبحنا قادرين على دراسة قوانين الفيزياء الكامنة وراء هذه المواد والحصول على مزيد من الأفكار حول خصائصها الفريدة.
