Башкирские физики признают молекулу ДНК полупроводником

В научно-образовательном центре нанофизики и нанотехнологии Башкирского государственного университета учёные выясняют — является ли молекула ДНК проводником электрического тока. О научных опытах рассказали доцент физико-технического института БГУ кандидат физико-математических наук Талгат Шарипов и аспирант Феликс Нафиков.

— О молекуле ДНК сложилось определённое представление. Все знают, что эта молекула находится в клетках живых организмов. И это биологический материал, который, как известно, не проводит электрический ток — то есть является изолятором, — говорит Талгат Шарипов. — Однако объекты наномасштабных размеров проявляют уникальные свойства. В наномасштабе заведомо не проводящие элементы могут в определенной степени проводить электрический ток или даже быть сверхпроводниками.

По поводу электропроводимости молекулы ДНК нанофизики пока не пришли к единому мнению. В разных странах мира учёные пока получают противоречивые результаты исследований. Одни подтверждают, что молекула ДНК ток не проводит. Другие, напротив, считают её проводником или объектом, проявляющим свойства полупроводника.

— Нанофизики наблюдают молекулы ДНК с помощью микроскопов, — говорит Талгат Шарипов, — конечно, это не обычные оптические микроскопы, с помощью которых Антони ван Левенгук одним из первых наблюдал клетки, а новейшая электронная аппаратура. В научно-образовательном центре нанофизики и нанотехнологии БГУ, где работают мои собеседники, таких микроскопов несколько, они относятся к семейству сканирующих зондовых микроскопов. Это сканирующий зондовый микроскоп Solver p47, зондовая нанолаборатория Ntegra aura, сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп GPI-100.

Учёные исследуют поверхностное распределение электронной плотности состояний вещества, чтобы выяснить, например, насколько исследуемый образец является проводником электричества.

— В нашей лаборатории мы изучали искусственно синтезированные молекулы ДНК, — рассказывает Феликс Нафиков, — оказалось, что 10-звенные молекулы ДНК обладают такими же вольт-амперными кривыми, как и широкозонные полупроводники, отсюда следуют, что они имеют некоторую электропроводность и это несмотря на то, что нуклеиновые кислоты и белки в принципе не являются проводниками.

Почему нанофизики получают столь различные результаты при исследовании свойств ДНК?

По сути, исследование молекулы ДНК затруднено самой структурой материала. Молекулу необходимо выделить из клетки, расправить её, поскольку она находится в свёрнутом виде. Кроме того, довольно сложно к концам молекулы присоединить электроды.

Свою лепту в изучение электропроводимости молекулы ДНК вносят и сотрудники научно-образовательного центра нанофизики и нанотехнологии Башкирского государственного университета. Учёные вуза, наблюдая за молекулой, пришли к выводу, что она проявляет свойства полупроводника.

Если мировое научное сообщество когда-нибудь признает, что наноструктура ДНК является проводником электричества, то произойдёт качественный скачок в области наноэлектроники и нанобиотехнологий. С помощью молекулы ДНК можно будет создать проводящие элементы для современных процессоров электронно-вычислительной техники и конструировать элементную базу наноэлектронных устройств (гаджетов).

— Электропроводящие молекулы ДНК можно назвать нанопроводами. Они отличаются сверхмалым диаметром при сравнительно большой длине. Поэтому, заменив обычные провода на нанопровода, можно в перспективе добиться значительного уменьшения размеров самих приборов, — говорит Талгат Шарипов.