Цепочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) не только хранят генетический код. Они также проводят электричество и самостоятельно собираются в организованные структуры, что делает их перспективным материалом для создания недорогих устройств наноэлектроники.

Команда из частного университета Дюка (штат Северная Каролина) и Аризонского университета показала как отдельные последовательности ДНК могут превращаться в спиральные электронные магистрали, заложив основы для конструирования стабильных, эффективных и настраиваемых наноустройств. Публикация, повествующая об этом, появилась в выпуске Nature Chemistry за 20 июня.

До сих пор ученые склонялись к мысли, что на длинных дистанциях электроны движутся по цепочке ДНК как частицы, перескакивая с одной молекулярной базы на другую, а на коротких расстояниях проявляют свою волновую природу, «размазываясь» сразу по нескольким базам.

Описанные в статье эксперименты, проведённые под руководством профессора электротехники Аризонского университета Нонцзянь Тао (Nongjian Tao), указывают на то, что волноподобное поведение может быть характерно и для длинных дистанций. Этот результат интересен тем, что волновой режим позволяет электронам распространяться более эффективно, чем если бы они перескакивали между базами.

В поисках механизма, способного усиливать волновое поведение электронов, исследователи провели компьютерные симуляции, которые показали, что манипулируя последовательностью четырёх оснований можно создавать предпочтительные условия для ближнего или дальнего волнового режима. В частности, ученые обнаружили, что чередующиеся блоки из пяти гуаниновых баз на противоположных цепочках ДНК стимулируют дальнее волновое распространение электронов.

В качестве объяснения авторы выдвинули гипотезу, что гуаниновые блоки фиксируют цепочки ДНК вместе, что облегчает распределение волновых функций электронов между разными блоками. Подтвердить это предположение удалось в ходе дополнительной серии экспериментов, в которых короткие фрагменты ДНК из чередующихся блоков с 3–8 гуаниновыми основаниями размещали между двумя золотыми электродами для измерения транспорта электрических зарядов.