迈向具有长DNA分子的自恢复电子设备

在每个先进的生物体中，称为 DNA(脱氧核糖核酸，使用其全名)的分子构成了遗传密码。现代技术使 DNA 超越了生命物质;科学家们已经确定，DNA 的复杂结构使其有可能用于新时代的电子设备，其连接点仅包含单个 DNA 分子。然而，与任何雄心勃勃的努力一样，也存在需要克服的障碍。事实证明，单分子电导随着分子长度的增加而急剧下降，因此只有极短的 DNA 片段可用于电测量。有没有办法解决这个问题?

确实，有来自的研究人员提出了一项新的突破性研究。他们设法通过“拉链”结构中基于 DNA 分子的长连接实现了非常规的高电导率，该连接在电气故障下也显示出非凡的自恢复能力。这些结果已作为研究文章发表在Nature Communications 上。

研究人员是如何实现这一壮举的?来自东京理工大学的 Tomoaki Nishino 博士是这项研究的一部分，他解释说：“我们研究了电子通过‘拉链’DNA 的单分子连接的传输，该连接垂直于两种金属之间的纳米间隙轴。这种单分子连接不同于传统的连接，不仅在 DNA 配置上，而且在相对于纳米间隙轴的方向上也不同。”

该团队使用 10-mer 和 90-mer DNA 链(表示核苷酸的数量，DNA 的基本构建块，包括分子长度)形成拉链样结构，并将它们连接到金表面或扫描隧道显微镜的金属尖端，一种用于在原子水平上对表面成像的仪器。尖端和表面之间的分离构成了用拉链 DNA 修饰的“纳米间隙”。

通过测量穿过该纳米间隙的称为“隧道电流”的量，该团队估计了 DNA 连接相对于没有 DNA 的裸纳米间隙的电导率。此外，他们进行了分子动力学模拟，以根据连接点的潜在“解压缩”动力学来理解他们的结果。

令他们高兴的是，他们发现与长 90 聚体 DNA 的单分子连接显示出前所未有的高电导。模拟结果表明，这一观察结果可归因于一个离域  电子系统，该系统可以在分子中自由移动。模拟还表明了一些更有趣的事情：单分子结实际上可以自我恢复，即在电气故障后自发地从“解压缩”变为“压缩”!这表明单分子连接既具有弹性又易于重现。

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