解决工程的电子产品中发现的DNA
医学院的科学家和他们的合作者使用DNA来克服一个几乎不可逾越的障碍工程师材料,会使电子技术彻底改变。
这样的工程材料的一个可能的结果可能是超导体,具有零电阻,使电子流动畅通。这意味着他们不失去能量,不产生热量,与当前的电力传输的手段。超导体的发展,可以广泛应用在室温下——而不是在非常高的或低的温度下,现在是可能的——可能导致实现超高速电脑,减少电子设备的大小,使高速列车漂浮在磁铁和减少能源使用,其他的好处。
第一次提出这样一个超导体50多年前由斯坦福大学物理学家威廉。a .少。科学家们已花了几十年的努力使它工作,但即使在验证他的想法的可行性,他们留下了一个似乎不可能克服的挑战。直到现在。
爱德华·h·Egelman博士UVA的生物化学和分子遗传学,一直是一个领域的领导人低温电子显微镜(低温电子显微镜),他和Leticia Beltran),一个研究生在他的实验室里,低温电子显微镜成像用于这看似不可能的项目。“它证明了,”他说,“低温电子显微镜技术在材料研究也有巨大的潜力。”
工程在原子水平
一个可能的办法实现小的想法超导体是修改晶格的碳纳米管,空心圆柱体的碳那么小他们必须以纳米(十亿分之一米。但有一个巨大的挑战:沿着纳米管,点阵控制化学反应可以组装所需的精确和功能。
Egelman和他的同事发现答案在生活的基石。他们把DNA,对活细胞的遗传物质如何操作,和用它来指导一个化学反应,克服巨大的障碍的超导体。简而言之,他们用化学来执行惊人的精确结构工程,建筑在单个分子的层面上。结果是晶格的碳纳米管组装所需的室温超导体。
“这项工作表明,有序碳纳米管改性可以通过利用dna序列之间的间距控制相邻反应网站,“Egelman说。
晶格他们建造了超导还没有测试,现在,但它提供了证据原则和未来潜力巨大,研究人员说。“虽然低温电子显微镜的主要技术在生物学已成为决定蛋白质的原子结构组件,它有更少的影响迄今为止在材料科学,“Egelman说,之前的工作导致了他国家科学院的感应,一个科学家可以获得最高的荣誉。
Egelman和他的同事说他们DNA-guided晶格施工方法有各种各样的有用的研究应用,尤其是物理。但它也验证构建的可能性小的室温超导体。科学家们的工作,加上其他突破超导体近年来,可能最终变换技术正如我们所知,并导致一个更“星际迷航”的未来。
“虽然我们经常认为生物学利用物理学的工具和技术,我们的工作表明,生物学的方法正在开发可以被应用在物理和工程问题,“Egelman说。“这是有什么令人兴奋的科学:无法预测我们的工作将领先。”
参考:林Z, Beltran LC, De los Santos咱et al . DNA-guided晶格重构的碳纳米管。科学。2022,377 (6605):535 - 539。doi:10.1126 / science.abo4628。
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