ידענים: מיחשוב קוונטי | ננו טכנולוגיה | פיסיקה קוונטית

מאת 13 באוגוסט 2011 אין תגובות

סלילים יחידים של דנ"א ניתנים לניצול על מנת לטהר את צורת "הכורסה" הכה נחשקת של ננו-צינורות פחמן

ננו צינורית פחמן ועליה מגולגלת מולקולת DNA. איור: NIST

ננו צינורית פחמן ועליה מגולגלת מולקולת DNA. איור: NIST

דנ"א, המולקולה המפורסמת ביכולתה לאחסן את התוכניות הגנטיות של כל היצורים החיים, מסוגלת לבצע דברים נוספים. במאמר חדש, מתארים חוקרים מהמכון הלאומי לתקנים ולטכנולוגיה בארה"ב כיצד סלילים יחידים של דנ"א ניתנים לניצול על מנת לטהר את צורת "הכורסה" הכה נחשקת של ננו-צינורות פחמן. ננו-צינורות פחמן חד-דופנות בצורת כורסה חשובים לשם הכנת "חוטים קוונטיים" להולכת חשמל.

ננו-צינורות פחמן חד-דופנות הם בד"כ בקוטר של כננומטר, אולם הם עשויים להיות באורך של מיליוני ננומטרים. זה כמו שתיקח יריעה חד אטומית של אטומי פחמן, המסודרים בתבניות של משושים, ותקפל אותה לכדי גליל. אולם, הסלסול הזה של הרשת ניתן לביצוע באפשרויות רבות, בהתאם למידת ההתאמה בין הקצוות, החל מגליל מושלם ועד צורות ספיראליות מסולסלות, בעלות אופי כיראלי.

כיראליות מהווה תפקיד חשוב בתכונותיהם של ננו-צינורות. רובם מתנהגים כמוליכים-למחצה, אולם חלקם הם מתכות. צורה כיראלית אחת מיוחדת – זו המכונה "ננו-צינור פחמן בצורת כורסה" – מתנהגת כמתכת טהורה והיא יכולה להוות חוט קוונטי מושלם, זאת לפי חוקרי המכון.

ננו-צינורות פחמן בתצורת כורסה יוכלו להביא למהפכה במערכות המופעלות בחשמל, קטנות וגדולות כאחת. חוטים המורכבים מננו-צינורות אלו צפויים להוליך חשמל פי עשרה טוב יותר מאשר נחושת, בשישית המשקל ותוך הפסדי אנרגיה נמוכים במיוחד. אולם החוקרים בתחום זה ניצבים בפני שתי מהמורות: ייצור דגימות התחלתיות טהורות לחלוטין של ננו-צינורות בתצורת כורסה ושכפולם לשם ייצור מסחרי. האתגר הראשון, לדבריהם של החוקרים, היה עד כה "יעד חמקמק".

ההפרדה של ננו-צינורות בעלי כיראליות מוגדרת מתחילה בציפוי שלהם על-מנת לגרום להם להתפזר בתמיסה, כך שיצטברו יחדיו למסה גדולה. מגוון חומרים משמשים לייזום תהליך זה, בכללם פולימרים, חלבונים ודנ"א. התחבולה של המדענים ממכון המחקר הייתה להשתמש בסליל דנ"א בעל זיקה מוגדרת לסוג ננו-הצינורות. במחקר קודם, המדענים הדגימו כיצד סלילי דנ"א מסוגלים "לבחור" צורה אחת משלל הצורות המוליכות-למחצה של ננו-צינורות פחמן. במאמרם החדש, החוקרים מתארים כיצד השיטה שלהם מאפשרת לפתח דנ"א "המעדיף" ננו-צינורות מתכתיים בתצורת כורסה על פני צורות אחרות.

"אנו סבורים כי מה שמתרחש הוא כדלהלן: עם הננו-צינור המתאים, הדנ"א נכרך סביבו בצורה פיתולית," מסביר אחד מהחוקרים, "ואז בסיסי הנוקליאוטידים של הדנ"א מסוגלים לחבור אחד עם השני באותה הדרך שהם עושים זאת בדנ"א דו-סלילי." לפי החוקרים, "הדנ"א יוצר את הגליל המהודק הזה מסביב לננו-הצינור. אני מוקסם מהמנגנון הזה מאחר והוא סוג של מפתח, ומנעול המתאים לו. ננו-הצינור בצורת הכורסה הוא המפתח המתאים לתוך מבנה הדנ"א – כך שיש לנו סוג של הכרה מולקולארית."

מרגע שננו-הצינורות המתאימים נכרכים בדנ"א, ניתן להשתמש בשיטות כימיות רגילות, כגון כרומטוגרפיה, על מנת להפריד אותם מתוך התערובת ביעילות גבוהה.

"עכשיו משיש לנו את דגימות ננו-הצינורות הטהורים הללו," מסביר אחד מהחוקרים, "אנו מסוגלים לחקור את חוקי הפיסיקה שבבסיס חומרים אלו ולהשיג תובנות נוספות בנוגע לתכונותיהם הייחודיות.

 

הידיעה על המחקר

הוספת תגובה

  • (will not be published)