长DNA分子的自我修复电子设备

东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员终于在一种显示自发自我恢复能力的单分子连接装置中，利用了DNA结构特性在单分子电子学中的潜力。此外，这种基于“拉链”DNA结构的设备显示出非常规的高导电性，为新型纳米电子器件的发展打开了大门。

在每一种高级生物体中，称为DNA（脱氧核糖核酸，顾名思义）的分子构成了遗传密码。现代科技使DNA超越了生命物质一步；科学家们已经证实，DNA的复杂结构使其有可能被用于新时代的电子设备中，这些电子设备的连接点只包含一个DNA分子。然而，与任何雄心勃勃的努力一样，也有一些障碍需要克服。结果表明，单分子电导随着分子长度的增加而急剧下降，因此只有极短的DNA片段才有助于电测量。有办法解决这个问题吗？

事实上，日本研究人员在一项新的突破性研究中表示，他们已经成功实现了一种非传统的高导电性，这种导电性通过一种“拉链”结构的长DNA分子连接实现，这种结构还显示出在电气故障下显著的自我恢复能力。

研究人员是如何取得这一成就的？东京理工大学的Tomoaki Nishino博士是这项研究的一部分，他解释说，“我们研究了垂直于两种金属之间纳米间隙轴的“拉链”DNA单分子连接的电子传输。这种单分子连接不仅在DNA结构上不同于传统连接，而且在相对于纳米间隙轴的方向上也不同。”

分子动力学模拟

研究小组使用一条10-mer和一条90-mer的DNA链（表示核苷酸的数量，DNA的基本组成部分，包括分子长度）形成一个拉链状结构，并将它们连接到金表面或扫描隧道显微镜（一种用于在原子水平上成像表面的仪器）的金属尖端。尖端和表面之间的分离构成了用拉链DNA修饰的“纳米间隙”。

通过测量穿过这个纳米间隙的一个称为“隧穿电流”的量，研究小组估计了DNA连接相对于没有DNA的裸纳米间隙的导电性。此外，他们还进行了分子动力学模拟，以根据连接的潜在“解压”动力学来解释他们的结果。

单分子连接既有弹性又易于复制

令他们高兴的是，他们发现单分子连接与长90-mer DNA显示出前所未有的高电导率。模拟结果表明，这一现象可以归因于一个离域π-电子系统，该系统可以在分子中自由移动。模拟还表明了一些更有趣的事情:单分子连接实际上可以自我恢复，也就是说，在电气故障后，可以自发地从“打开”到“打开”。这表明，单分子连接既具有弹性，又易于复制。

在这些发现之后，该团队对它们在技术上的未来影响感到兴奋。乐观的Nishino博士推测，“我们研究中提出的策略可以为纳米尺度电子学的创新提供基础，单分子电子学的卓越设计可能会给纳米生物技术、医学和相关领域带来革命性的变化。”