الکترونیک در نانوماشین‌های طبیعی

یک گروه از دانشکده‌های علوم زیستی، فیزیک و نجوم دانشگاه کاردیف انگلیس به ‏موفقیت مهمی در درک بیشتر از پروتئین‌ها به عنوان مولکول‌های فعال سلول و نانوماشین‌های ‏ذاتی طبیعت دست یافته‌اند. این گروه با موفقیت عبور جریان الکتریسیته را از میان یک ‏مولکول پروتئین به طول 5 نانومتر شناسایی کرده است. جریان الکتریسیته در بسیاری از ‏فرآیندهای طبیعی از جمله تشخیص نور در چشم، فتوسنتز و تنفس نقش کلیدی دارد.‏

این گروه نشان داد که پروتئین می‌تواند جریان‌های بزرگ الکتریسیته را عبور دهد. این ‏محققان همچنین دریافتند که جریان الکتریسیته در پروتئین را می‌توان به همان شیوه مشابه کار ‏ترانزیستورها (تراشه‌های رایانه‌ها و تلفن‌های هوشمند) ولی در مقیاس کوچکتر تنظیم نمود با ‏این تفاوت که پروتئین‌ها تنها یک چهارم اندازه ترانزیستور پایه سیلیکونی رایج هستند.‏

برای دستیابی به این اطلاعات مولکولی، این گروه در استفاده از علوم زیستی و تکنیکی ‏موسوم به ‏STM‏ (میکروسکوپ تونلی روبشی) پیشگام شده است که با استفاده از آن می‌توان ‏جریان الکتریکی عبوری از پروتئین متعلق به یک مولکول مستقل را اندازه‌گیری نمود.‏

filereader.php?p1=main_654ddb20fd6aba605
مولکول منفرد پرتئین سیتوکروم ‏b562‎‏ ‏متصل بین دو الکترود طلا.‏

قبل از این، تنها اندازه‌گیری اطلاعات میلیون‌ها پروتئین به‌طور همزمان ممکن بود که این ‏امر منجر به از دست دادن اطلاعات حیاتی از نحوه عملکرد یک مولکول مستقل می‌شد. ‏دکتر جونز از دانشکده علوم زیستی گفت: «اگر به صدای یک جمعیت بزرگ گوش دهید، ‏این صدا تجمع بسیاری از صداها و مکالمات فردی است. آنچه که ما انجام داده‌ایم معادل ‏گوش دادن به صدای یک فرد در میان جمعیت است.‏»

وی معتقد است با گرداوری دانش و توانایی در دستکاری پروتئین‌ها در سطح مولکولی با ‏استفاده از روش‌های پیشرفته در دانشکده فیزیک و نجوم و دانشگاه صنعتی دانمارک ‏‎(DTU)‎، ‏می‌توان مولکول‌های مستقل پیچیده حیاتی در تمام طول زندگی را مورد بررسی قرار داد. ‏عملکرد ترانزیستورها بسیار جالب است، ولی در حال حاضر، ادغام پروتئین با قطعات ‏الکترونیکی محتمل به نظر می‌رسد. ‏

همکاران دکتر جونز، دکتر مارتین الیوت و دکتر اِمیر از دانشکده فیزیک و نجوم افزودند: ‏‏«ماهیت انتقال‌دهندگی بالای این پروتئین باعث تعجب بود و این نتیجه، سوال‌هایی در مورد ‏ماهیت بنیادی انتقال الکترون در پروتئین‌ها را ایجاد کرد. این نتایج ابزار قدرتمند جدیدی ‏برای مطالعه آنزیم‌ها و سایر مولکول‌های زیستی مهم در اختیار می‌گذارد.»
 ‏
یافته‌های این گروه تحقیقاتی در مجلات ‏Nano Letters، ‏ACS Nano، ‏Small‏ و ‏Nanoscale‏ ‏منتشر شده است.‏