‎บาคาร่า ตัวอย่างดีเอ็นเอที่ปรับแต่งอาจกลายเป็นสวิตช์ ‘เปิด’ ไฟฟ้าขนาดเล็ก‎

บาคาร่า ตัวอย่างดีเอ็นเอที่ปรับแต่งอาจกลายเป็นสวิตช์ 'เปิด' ไฟฟ้าขนาดเล็ก‎

บาคาร่า เกลียวคู่ดีเอ็นเอซึ่งประกอบด้วยสี่คู่ฐาน A, G, C และ T‎‎ ‎วงจร “มีชีวิต” ของวัยรุ่นที่มีพื้นฐานมาจาก DNA อาจนําไปสู่วิธีใหม่ๆ ในการมองเข้าไปในเซลล์และแม้แต่เห็นปฏิกิริยาทางเคมี เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง อย่างไรก็ตามในการสร้างอุปกรณ์ดีเอ็นเอดังกล่าวจะต้องมีวิธีที่จะใช้กระแสไฟฟ้าผ่านพวกเขา จนถึงขณะนี้นั่นเป็นปัจจัยจํากัด‎

‎แต่ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนตัวอย่างเล็ก ๆ ของ DNA ให้เป็นสวิตช์ “เปิด” ระดับโมเลกุลที่ทําให้

กระแสไฟฟ้าไหลในระดับมินิสคูล สวิตช์โมเลกุลทําหน้าที่ในระดับที่เล็กกว่าเส้นผม 1,000 เท่าซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์โมเลกุลขนาดเล็กและราคาถูกนักวิจัยรายงานในการศึกษาใหม่‎‎ความลับในการสร้างสวิตช์ไฟฟ้าชีวภาพเหล่านี้คือการปรับแต่งตัวอักษรที่ประกอบขึ้นเป็นรหัสพันธุกรรม‎‎”การขนส่งประจุเป็นไปได้ใน‎‎ดีเอ็นเอ‎‎ แต่สําหรับอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ เราต้องการเปิดและปิดการขนส่งประจุไฟฟ้าได้” Nongjian Tao นักวิจัยจากสถาบัน Biodesign แห่งมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนา‎‎กล่าวในแถลงการณ์‎‎ “เราบรรลุเป้าหมายนี้โดยการปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอทางเคมี” [‎‎สิ่งประดิษฐ์ 10 อันดับแรกที่เปลี่ยนโลก‎]

‎แนวคิดในการสร้าง‎‎เครื่องจักรขนาดเล็กจากหน่วยการสร้างชีวิต‎‎ไม่ใช่เรื่องใหม่ นักวิจัยมองว่าดีเอ็นเอเป็นมากกว่าวิธีการจัดเก็บคําแนะนําในการสร้างและรักษาชีวิต นักวิจัยบางคนได้จัดการดีเอ็นเอเพื่อทําหน้าที่เป็นฮาร์ดไดรฟ์ ตัวอย่างเช่นนักวิจัยได้เก็บ‎‎ผลงานทั้งหมดของเช็คสเปียร์ไว้ในรหัสพันธุกรรม‎‎ นักวิจัยคนอื่น ๆ ได้พยายาม‎‎เปลี่ยน DNA ให้เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก‎‎ และงานบางอย่างได้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะปล่อยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านดีเอ็นเอ อย่างไรก็ตามกุญแจสําคัญในการใช้ DNA สําหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าคือความสามารถในการเปิดและปิดไฟฟ้า‎

‎เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์นี้เต๋าและเพื่อนร่วมงานได้พิจารณาแอนทราควิโนนซึ่งเป็นสารประกอบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งประกอบด้วยโมเลกุล‎‎คาร์บอน‎‎ออกซิเจน‎‎และ‎‎ไฮโดรเจน‎‎ที่จัดเรียงในโครงสร้างวงแหวนสามแบบ แอนทราควิโนนมีคุณสมบัติที่สําคัญสองประการ ขั้นแรกพวกเขาสามารถลื่นไถลระหว่างคู่ฐาน A, G, T และ C ที่ประกอบขึ้นเป็นตัวอักษรของ DNA ประการที่สองพวกเขาสามารถเชื้อเพลิงในสิ่งที่เรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์หรือปฏิกิริยาลดการเกิดออกซิเดชันซึ่งโมเลกุลบางส่วนได้รับอิเล็กตรอนในขณะที่โมเลกุลอื่น สูญเสียพวกเขา การถ่ายโอนอิเล็กตรอนนี้ช่วยให้ร่างกายสามารถแปลงพลังงานที่เก็บไว้ในพันธะเคมีเป็นพัลส์ไฟฟ้าที่ผ่านสมองหัวใจและเซลล์อื่น ๆ ‎

‎นักวิจัยได้ปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอเพื่อเปลี่ยนให้เป็นสวิตช์โมเลกุลขนาดเล็ก เทคนิคนี้ทําให้โครงสร้าง

อินทรีย์ที่เรียกว่าแอนทราควิโนนอยู่ระหว่างตัวอักษร A, G, C, T ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบสําคัญของ DNA Antrhaquinone ทําให้ดีเอ็นเอที่ดัดแปลงแล้วเป็นตัวนําหรือปิดกั้นการไหลของไฟฟ้าขึ้นอยู่กับจํานวนอิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ ‎‎(เครดิตภาพ: ASU)‎

‎หลังจากที่นักวิจัยใส่แอนทราควิโนนระหว่างตัวอักษรของ DNA สร้างสวิตช์ดีเอ็นเอพวกเขาวัดการนําไฟฟ้าดีเอ็นเอที่ดัดแปลงแล้ว ในการทําเช่นนี้พวกเขาวางสวิตช์ดีเอ็นเอไว้ในกล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกนและเขยิบดีเอ็นเอซ้ํา ๆ ด้วยปลายอิเล็กโทรดของกล้องจุลทรรศน์‎

‎พวกเขาพบว่าเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนดีเอ็นเอกลับเป็นสถานะ “เปิด” หรือ “ปิด” ขึ้นอยู่กับว่ากลุ่มแอนทราควิโนนมีจํานวนอิเล็กตรอนสูงสุดหรือต่ําสุดนักวิจัยรายงานเมื่อวันจันทร์ (20 ก.พ.) ใน ‎‎วารสารการสื่อสารธรรมชาติ‎‎ (เปิดในแท็บใหม่)‎‎. จากนั้นทีมงานได้สร้างแผนที่ 3 มิติว่าการนําไฟฟ้าแตกต่างกันไปตามสถานะของโมเลกุลแอนทราควิโนนอย่างไร‎

‎ดีเอ็นเอที่ดัดแปลงสามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์ไฟฟ้าระดับนาโนได้‎

‎”เรายังสามารถปรับดีเอ็นเอที่ดัดแปลงเป็นโพรบเพื่อวัดปฏิกิริยาในระดับโมเลกุลเดียวได้อีกด้วย นี่เป็นวิธีที่ไม่เหมือนใครในการศึกษาปฏิกิริยาที่สําคัญที่เกี่ยวข้องกับโรคหรือปฏิกิริยา‎‎การสังเคราะห์ด้วยแสง‎‎สําหรับการใช้งานพลังงานหมุนเวียนแบบใหม่” เต๋ากล่าว “เรารู้สึกตื่นเต้นเป็นพิเศษที่ DNA ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเป็นเครื่องมือที่ดีในการตรวจสอบจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยารีดอกซ์ และอุณหพลศาสตร์ [ที่] ระดับโมเลกุลเดี่ยว”‎

‎เผยแพร่ครั้งแรกใน ‎‎วิทยาศาสตร์สด‎‎.‎ บาคาร่า / คาเฟ่