DNA-pohjaiset nanojohtimet
Leppänen, Aleksi (2024-04-18)
DNA-pohjaiset nanojohtimet
(18.04.2024)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024042220378
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024042220378
Tiivistelmä
DNA-pohjaiset nanojohtimet ovat merkittävä edistysaskel nanoteknologian kehityksessä, tarjoten mahdollisuuden rakentaa tulevaisuuden elektronisia laitteita pienemmässä mittakaavassa ja hyödyntää niitä biologisessa ympäristössä. DNA:n kyky muodostaa spesifisiä ja ennustettavia rakenteita on ominaisuus, jota voidaan hyödyntää nanokokoisten johtimien valmistamisessa. Näitä nanokokoisia johtimia voidaan puolestaan hyödyntää signaalien välittäjinä ja tallentimina.
Näiden DNA-pohjaisten nanojohtimien valmistuksessa hyödynnetään bottom-up-menetelmää, jossa rakenteet järjestäytyvät itsestään pienemmistä osasista. Menetelmässä rakenteita voidaan muodostaa joko liuoksessa tai höyryfaasidiffuusiolla. Tällä menetelmällä saadaan valmistettua hyvin spesifisiä rakenteita haluttuihin tarkoituksiin. Bottom-up-menetelmällä DNA:han liitetään metalli-ioneja, kuten hopeaioneja tai nikkeli-ioneja, jotka mahdollistavat hyvän sähkönjohtavuuden DNA:ssa. Nämä metalli-ionit voivat koordinoitua DNA:n selkärankaan eli fosfodiesterisidoksiin tai muodostaa kelaatteja emäsparien väliin. Metalli-ioneilla muokatun DNA:n sähkönjohtavuus on verrattavissa perinteisiin puolijohteisiin.
DNA-pohjaisia nanojohtimia voidaan hyödyntää muun muassa sensoriteknologiassa, jossa niitä voitaisiin käyttää esimerkiksi DNA:n mutaatioiden havainnointiin. Toinen käyttökohde näille nanojohtimille olisi nanoelektroniikassa. DNA-origamitekniikka on menetelmä, jossa DNA-pätkistä taitellaan suurempia kaksi- ja kolmiulotteisia kokonaisuuksia. DNA-origamitekniikan avulla voitaisiin valmistaa nanolaitteita metallisoidusta DNA:sta (M-DNA). DNA-nanojohtimien kanssa on kuitenkin vielä haasteita, jotka vaikeuttavat niiden hyödyntämistä laajemmin. Keskeisiä ongelmia, jotka pitää ratkaista ovat muokatun DNA:n valmistuskustannukset, DNA-nanojohtimien stabiilisuuden parantaminen, sekä laajempien kokonaisuuksien, DNA-origamien, muodostaminen DNA-nanojohtimista. Näiden haasteiden ylittäminen tulee olemaan avainasemassa tulevaisuuden nanoteknologian kehittämisessä.
Näiden DNA-pohjaisten nanojohtimien valmistuksessa hyödynnetään bottom-up-menetelmää, jossa rakenteet järjestäytyvät itsestään pienemmistä osasista. Menetelmässä rakenteita voidaan muodostaa joko liuoksessa tai höyryfaasidiffuusiolla. Tällä menetelmällä saadaan valmistettua hyvin spesifisiä rakenteita haluttuihin tarkoituksiin. Bottom-up-menetelmällä DNA:han liitetään metalli-ioneja, kuten hopeaioneja tai nikkeli-ioneja, jotka mahdollistavat hyvän sähkönjohtavuuden DNA:ssa. Nämä metalli-ionit voivat koordinoitua DNA:n selkärankaan eli fosfodiesterisidoksiin tai muodostaa kelaatteja emäsparien väliin. Metalli-ioneilla muokatun DNA:n sähkönjohtavuus on verrattavissa perinteisiin puolijohteisiin.
DNA-pohjaisia nanojohtimia voidaan hyödyntää muun muassa sensoriteknologiassa, jossa niitä voitaisiin käyttää esimerkiksi DNA:n mutaatioiden havainnointiin. Toinen käyttökohde näille nanojohtimille olisi nanoelektroniikassa. DNA-origamitekniikka on menetelmä, jossa DNA-pätkistä taitellaan suurempia kaksi- ja kolmiulotteisia kokonaisuuksia. DNA-origamitekniikan avulla voitaisiin valmistaa nanolaitteita metallisoidusta DNA:sta (M-DNA). DNA-nanojohtimien kanssa on kuitenkin vielä haasteita, jotka vaikeuttavat niiden hyödyntämistä laajemmin. Keskeisiä ongelmia, jotka pitää ratkaista ovat muokatun DNA:n valmistuskustannukset, DNA-nanojohtimien stabiilisuuden parantaminen, sekä laajempien kokonaisuuksien, DNA-origamien, muodostaminen DNA-nanojohtimista. Näiden haasteiden ylittäminen tulee olemaan avainasemassa tulevaisuuden nanoteknologian kehittämisessä.