غلبه بر غیرممکن با DNA برای ساختن یک ابر رسانا که می­تواند تکنولوژی را متحول کند.

مفهوم فیزیکی ذره چرخشی

دانشمندان در DNA یک محلول، یافتند که می­تواند ابررسانایی را ایجاد کند که متحول ­کننده تکنولوژی است؛ می­تواند سبب شود کامپیوترها با سرعت سرسام آوری کار کنند، انرژی را حفظ کند و حتی قطارها را به پرواز درآورد.

دانشمندان از DNA برای غلبه به یک مانع تقریبا برطرف ­نشدنی، برای مهندسی موادی که علم الکترونیک را دچار انقلابی بزرگ می­کند، بهره بردند. در 28 جولای در مجله Science کار دانشگاه پزشکی ویرجینیا و همکارانشان منتشر شد.

یک دستاورد احتمالی از این مواد مهندسی­ شده، می­تواند ابررساناها باشد که مقاومت الکتریکی­شان صفر است و به الکترون­ ها اجازه می­دهد آزادانه جریان داشته ­باشند. این به آن معنی است که بر عکس روش های­ فعلی انتقال الکتریکی، آنها گرما تولید نمی­کنند و انرژی از دست نمی­دهند. توسعه ابررسانا می­تواند به طور گسترده در فشار­های ­نرمال و دمای ­اتاق به جای دماهای ­به ­شدت بالا یا پایین که الان وجود دارند، استفاده شود و شگفتی­ های ­فراوانی در حوزه تکنولوژی خلق کند. این شامل کامپیوتر­های­ فوق­ العاده سریع، کاهش اندازه دستگاه­ های ­الکترونیکی، امکان حرکت قطارهای ­سریع­ السیر روی مگنت­ ها و کاهش مصرف انرژی و بسیار کاربردهای ­دیگر می­شود.

بار اول، همچین ابررسانایی توسط فیزیکدان استنفورد به نام ویلیام ای. در حدود 50 سال پیش پیشنهاد شد. دانشمندان دهه ­ها زمان صرف عملی کردن این طرح کردند. با این حال، بعد از اعتبارسنجی سود مالی این ایده، آنها تا همین امروز با این چالش به ظاهر فائق ­نیامدنی رو به رو شدند که این طرح سود مالی مناسبی ندارد.

ادوارد ایگلمن

دکتر ادوارد اچ. ایگلمن(Edward H. Egelman) از گروه بیوتکنولوژی و ژنتیک مولکولی دانشگاه پزشکی ویرجینا، در زمینه میکروسکوپی کریو-الکترون (cryo-EM) پیشاهنگ بوده ­است ؛ او و لتیسیا بلتران، یک دانشجوی ­فارغ التحصیل در آزمایشگاهش از تصویر برداری cryo-EM برای این پروژه به ظاهر غیرممکن استفاده کردند. او می­گوید ” نشان می­دهد که تکنیک cryo-EM پتانسیل بزرگی در مطالعه مواد دارد.” اعتبار: دان آدیسون، ارتباطات UVA

مهندسی در سطح اتمی

یک راه ممکن برای درک ایده ­ی­ لیتل برای ابررسانا این است که lattices نانولوله ­های ­کربن را ارتقاء دهیم. این ها سیلندرهای ­توخالی کربنی هستند که در اندازه نانومتر کوچک هستند. با این حال، یک چالش بزرگ وجود دارد: کنترل واکنش ­های ­شیمیایی در نانولوله ­ها به جهت اینکه lattices بتواند به دقت سر هم شود و به درستی کار کند.

ایگلمن و همکارانش پاسخ را در ساختمان­ های ­سازنده حیات یافتند. آنها DNA ماده ژنتیکی ، که به سلول ­های ­زنده می­گوید چطور کار کنند را گرفتند و از آن برای هدایت یک واکنش شیمیایی که می­تواند بر سد بزرگ ابررسانای ­لیتل فائق شود، استفاده کردند. به طور خلاصه، آنها از شیمی برای اجرای ساخت مهندسی ساختار بسیار دقیقی در سطح مولکول­ های ­منفرد استفاده کردند. نتیجه lattices هایی از نانو­لوله­ های­ کربن بود که به طور ویژه در دمای اتاق مورد نیاز ابررسانای ­لیتل سرهم شدند.

ایگلمن گفت “این کار نشان می­ دهد که ارتقای نانو لوله کربن سفارشی می­تواند با استفاده از کنترلی که توالی DNA بر فاصله اندازی بین جایگاه­ های ­شروع واکنش­ ها دارد، به دست بیاید.”

محققین می­گویند فعلا lattices ای که آنها ساختند از جهت superconductivity آزمایش نشده ­است اما اثباتی برای این اصل را نوید می­دهد و پتانسیل بزرگی برای آینده دارد. ایگلمن، کسی که کار اخیرش باعث شد در آکادمی ملی علوم عضو شود، یکی از مهمترین افتخاراتی که یک دانشمند می­تواند کسب کند،  گفته ­است  “در حالی که cryo-EM به عنوان تکنیک اصلی در زیست­ شناسی برای تعیین ساختارهای­ اتمی سازه­ های ­پروتئینی توسعه یافتند، آن تاثیر گذاری را در علوم مواد ندارند.”

ایگلمن و همکارنش می­گویند که رویکرد راهنما قرار دادن DNA آنها برای ساخت lattice می­تواند کاربردهای­ تحقیقاتی گسترده­ ای به ویژه در فیزیک داشته ­باشد. اما همین­طور احتمال ساخت ابررسانای دمای اتاق لیتل را نیز اعتبار می­بخشد. تا جایی که ما می­دانیم، کار دانشمندان در ترکیب با سایر دستاوردها در حوزه ابررساناها در سال ­های ­اخیر می­تواند برای همیشه تکنولوژی را تغییر دهد و به سمت یک آینده شبیه “مسافران فضا” هدایت کند.

ایگلمن گفت “در حالی که ما معمولا به استفاده از ابزارها و تکنیک­ هایی از فیزیک در زیست ­شناسی فکر می­کنیم، کار ما رویکردهایی را نشان می­دهد که در زیست ­شناسی توسعه یافتند و در حل مسائل فیزیک و مهندسی کاربرد دارند. این همان چیزی است که درباره علم هیجان ­انگیز است: اینکه نتوانیم پیش­بینی کنیم کارما به چه سمتی خواهد رفت.”

یافته­ های­ منتشر شده

محققین یافته ­هایشان را در مجله Science چاپ کردند. این تیم شامل Zhiwei Lin, Leticia Beltran Zeus A. De los Santos, Yinong Li, Tehseen Adel, Jeffrey A Fagan, Angela Hight Walker, Egelman و Ming Zheng بوده­ است.

منبع:

“DNA-guided lattice remodeling of carbon nanotubes” by Zhiwei Lin, Leticia C. Beltran, Zeus A. De los Santos, Yinong Li, Tehseen Adel, Jeffrey A Fagan, Angela R. Hight Walker, Edward H. Egelman and Ming Zheng, 28 July 2022, Science.

این پروژه توسط مؤسسه ملی استانداردها و فناوری وزارت بازرگانی و توسط مؤسسه ملی بهداشت GM122510 و همچنین توسط یک فلوشیپ فوق دکتری NRC پشتیبانی شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *