两电极间A形DNA。图片来源: Image courtesy of University of California - Davis

加州大学和华盛顿大学的一个研究小组已经表明,DNA的电导率可以通过控制其结构进行改变,因此开启了DNA未来作为纳米级计算机的电动机械开关使用的可能性。虽然DNA作为生命分子的生物学角色广为人知,但是它作为具有广泛应用性的纳米材料使用，最近获得广泛关注。

在他们发表在《自然通讯》论文中,研究团队表明,通过修改其环境改变DNA双螺旋结构可实现其电导(电流流过缓解)的可逆控制。这种结构调整电荷传输性质的能力可能可以设计独特的基于DNA的纳米设备。这些设备将通过与现有传统电子产品使用完全不同的模式来操作。

“电子产品变得越来越小,制造也变得更加困难和昂贵,但基于DNA的设备可以使用如“DNA折纸”的自组装技术从自下而上设计，”加州大学戴维斯分校的电气与计算机工程副教授,这篇论文的主要作者Josh Hihath说。DNA折纸技术是指将DNA折叠来创建纳米级别的两、三维形状。

“在理解DNA的机械,、结构和自组装特性及使用这些属性来设计纳米尺度的结构已取得相当大的进展。然而,电气性能一般都很难控制,”Hihath说。

DNA新花样吗?计算的可能模式。

除了在制造纳米级别的潜在优势,这样的DNA基设备也可能提高电子电路的能源效率。在过去的40年里，设备尺寸明显减少了,但随着尺寸下降,芯片功率密度也增加了。科学家和工程师们一直在探索新的解决方案来提高效率。

“计算不一定非要传统晶体管才能完成。早期的计算机是全机械的,后来是继电器和真空管的,“Hihath说。“转换个机电平台最终可能使我们在纳米尺度上改善电子设备的能源效率。”

这项工作表明DNA可作为机电开关操作,并可能会开启计算新模式。

为将DNA发展成可逆开关,科学家们集中于在两个稳定的被称为A/B型的DNA构象之间切换。在DNA中，B形是传统的通常与分子相连的DNA双链体。A形是一种在碱基对间具有不同空间和倾斜的更紧凑的版本。接触乙醇使DNA转化为A型并使导电性增加。同样,去除乙醇,DNA可以切换回B形式,回到原来的低电导值。

单步分子计算

作者指出为将这一发现应用于电子技术转化平台,仍有大量的工作要做。尽管这一发现提供了DNA机电开关的概念验证演示，在分子电子学领域仍有两个主要的障碍有待克服。首先,目前传统电子产品设计中，数十亿的活跃分子设备必须集成到相同的电路。接下来,科学家们必须能够将特定设备分别装到这样系统中。

“最终，这项工作环境控制方面将会用机械和电学信号取代以本地解决单一设备,”Hihath指出。

新材料在线编译整理——翻译：范红娜     校正：摩天轮