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”
