科學(xué)家們已經(jīng)用DNA克服了一個幾乎無法克服的障礙，從而使得工程材料將徹底改變電子產(chǎn)品。這項工作于7月28日發(fā)表在《科學(xué)》上，由弗吉尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員和他們的合作者完成。

據(jù)了解，這些工程材料的一個可能結(jié)果可能是超導(dǎo)體，它的電阻為零，并允許電子不受阻礙地流動。這意味著跟目前的電力傳輸方式不同，它們不會損失能量也不會產(chǎn)生熱量。開發(fā)一種可以在正常壓力和室溫下廣泛使用的超導(dǎo)體–而不是像現(xiàn)在這樣在極高或極低的溫度下–可以帶來許多技術(shù)奇跡。其中包括超高速計算機、縮小電子設(shè)備的尺寸、讓高速列車漂浮在磁鐵上并減少能源使用及更多。

50多年前，斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家William A. Little首次提出了這樣一種超導(dǎo)體?？茖W(xué)家們花了幾十年時間試圖使其發(fā)揮作用。然而即使在驗證了他的想法的可行性之后，他們?nèi)悦媾R著一個似乎無法克服的挑戰(zhàn)–直到現(xiàn)在。

弗吉尼亞大學(xué)生物化學(xué)和分子遺傳學(xué)系的Edward H. Egelman博士一直是低溫電子顯微鏡（cryo-EM）領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，他和他實驗室的研究生Leticia Beltran將低溫電子顯微鏡成像用于這個看似不可能的項目。”他說道：“這表明低溫電鏡技術(shù)在材料研究方面有很大的潛力。”

原子層面上的工程

實現(xiàn)Little的超導(dǎo)體想法的一個可能的方法是修改碳納米管的格子。這些是碳的空心圓柱體，非常微小，必須以納米–十億分之一米–來衡量。然而這里存在一個巨大的挑戰(zhàn)：控制沿著納米管的化學(xué)反應(yīng)以便晶格能按照需要精確地組裝并按照預(yù)期的功能發(fā)揮作用。

Egelman和他的同事在生命的組成部分中找到了答案。他們利用DNA即告訴活細胞如何運作的遺傳物質(zhì)，并利用它來指導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)，以此來克服Little超導(dǎo)體的巨大障礙。簡而言之，他們利用化學(xué)來進行驚人的精確結(jié)構(gòu)工程–在單個分子水平上的建設(shè)。其結(jié)果是一個由碳納米管組成的晶格，并專門按照Little的室溫超導(dǎo)體的需要進行組裝。

Egelman說道：“這項工作表明，通過利用DNA序列對相鄰反應(yīng)位點之間間距的控制可以實現(xiàn)有序的碳納米管修飾?！?/p>

目前，他們建造的晶格還沒有被測試過超導(dǎo)性。不過研究人員指出，它提供了原則性的證明并且在未來有很大的潛力?！半m然低溫電鏡已經(jīng)成為生物學(xué)中確定蛋白質(zhì)集合體原子結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)，但迄今為止，它在材料科學(xué)中的影響要小得多，”Egelman說道。

Egelman和他的合作者稱，他們的DNA指導(dǎo)下的晶格構(gòu)建方法可以有廣泛的有用的研究應(yīng)用，尤其是在物理學(xué)方面。但它也驗證了建造Little的室溫超導(dǎo)體的可能性?？茖W(xué)家們的工作加上近年來在超導(dǎo)體方面的其他突破，最終可能會改變我們所知的技術(shù)并帶來一個更加“星際迷航式”的未來。

Egelamn稱：“雖然我們經(jīng)常認為生物學(xué)使用物理學(xué)的工具和技術(shù)，但我們的工作表明，生物學(xué)中正在開發(fā)的方法實際上可以應(yīng)用于物理學(xué)和工程學(xué)的問題。這就是科學(xué)的精彩之處：無法預(yù)測我們的工作將產(chǎn)生什么結(jié)果?！?/p>