Химики создали самый маленький в мире термометр из ДНК

Исследователи из Университета Монреаля создали программируемый ДНК-термометр, который в 20 000 раз меньше человеческого волоса. Этот научный прорыв, о котором сообщается в журнале Nano Letters, может значительно помочь в понимании естественных и созданных человеком нанотехнологий, позволив измерять температуру в наномасштабе.

Более 60 лет назад было обнаружено, что молекулы ДНК, кодирующие нашу генетическую информацию, могут разворачиваться при нагревании. «В последние годы биохимики также обнаружили, что такие биомолекулы, как белки или РНК, используются в качестве нанотермометров в живых организмах и сообщают о колебаниях температуры, сворачиваясь или разворачиваясь», — говорит старший автор работы профессор Алексис Валле-Белиль. «Вдохновлённые этими естественными нанотермометрами, которые обычно в 20 000 раз меньше человеческого волоса, мы создали различные структуры ДНК, способные сворачиваться и разворачиваться при определённых заранее заданных температурах».

Одним из главных преимуществ использования ДНК для создания молекулярных термометров является относительная простота и программируемость её химии. «ДНК состоит из четырёх различных мономерных молекул, называемых нуклеотидами: нуклеотид A слабо связывается с нуклеотидом T, тогда как нуклеотид C прочно связывается с нуклеотидом G», — объясняет первый автор исследования Дэвид Гарро. «Используя эти простые правила проектирования, мы можем создавать структуры ДНК, которые сворачиваются и разворачиваются при желаемой температуре». «Добавляя к этим структурам оптические репортёры, мы можем создавать термометры шириной 5 нм, которые производят легко обнаруживаемый сигнал в зависимости от температуры», — добавляет соавтор исследования Арно Дерозье.

Эти наноразмерные термометры открывают множество перспектив в развивающейся области нанотехнологий и могут даже помочь нам лучше понять молекулярную биологию. «В биологии всё ещё много нерешённых вопросов, — добавляет профессор Валле-Белиль. — Например, мы знаем, что температура внутри человеческого тела поддерживается на уровне 37°C, но мы не имеем ни малейшего представления, есть ли большие колебания температуры в наномасштабе внутри каждой отдельной клетки». Один из вопросов, который сейчас исследует команда, — определяют ли наномашины и наномоторы, разработанные природой за миллионы лет эволюции, также перегрев при работе на высокой скорости. «В ближайшем будущем мы также предполагаем, что эти ДНК-нанотермометры могут быть внедрены в электронные устройства для мониторинга локальных колебаний температуры в наномасштабе», — заключает профессор Валле-Белиль.