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研究人员表明 ， 某些蛋白质可以充当有效的电导体 。 事实上 ， 这些微小的蛋白质线可能比由 DNA 组成的类似纳米线具有更好的电导特性 ， 后者已经在许多人类应用中取得了相当大的成功 。 蛋白质是地球上用途最广泛、最普遍的生物分子之一 。 大自然将它们用于从构建组织到调节新陈代谢到保护身体免受疾病侵害的一切事物 。 现在 ， 一项新的研究表明 ， 蛋白质还具有其他大部分未开发的功能 。 在适当的条件下 ， 它们可以充当微小的载流电线 ， 可用于一系列人类设计的纳米电子学 。 专家表明 ， 某些蛋白质可以充当有效的电导体 。 事实上 ， 这些微小的蛋白质线可能比由 DNA 组成的类似纳米线具有更好的电导特性 ， 后者已经在许多人类应用中取得了相当大的成功 。 专家是单分子生物物理学生物设计中心的负责人 。 他还是亚利桑那州立大学物理系和分子科学学院的教授 。
【纳米电子学的新研究】就像 DNA 一样 ， 蛋白质为纳米级电子产品提供了许多吸引人的特性 ， 包括稳定性、可调电导和巨大的信息存储容量 。 尽管蛋白质传统上被认为是电的不良导体 ， 相关人员证明位于一对电极之间的蛋白质可以作为电子的有效导体时 ， 这一切都发生了变化 。 这项新研究更详细地研究了电子通过蛋白质传递的现象 。 研究结果表明 ， 在长距离内 ， 蛋白质纳米线比专门设计为导体的化学合成纳米线表现出更好的导电性能 。 此外 ， 蛋白质是自组织的 ， 允许对其组成部分进行原子级控制 。 合成设计的蛋白质纳米线可以产生新的超微型电子产品 ， 具有潜在的医疗传感和诊断应用 ， 纳米机器人可以执行搜索和破坏针对疾病的任务 ， 或用于新型超微型计算机晶体管 。
专家对蛋白质纳米线在新设备中用于进行超快速 DNA 和蛋白质测序的潜力特别感兴趣 ， 他已经在这一领域取得了重大进展 。 除了在纳米电子器件中的作用外 ， 电荷传输反应在生命系统中对呼吸、新陈代谢和光合作用等过程至关重要 。 因此 ， 通过设计的蛋白质对运输特性的研究可能会为这些过程如何在生物体内运作提供新的线索 。 虽然蛋白质在电导和自组装方面具有 DNA 对纳米电子学的许多好处 ， 但与仅 4 个核苷酸组成 DNA 相比 ， 用于构建它们的 20 个氨基酸的扩展字母表为像 Lindsay 这样的纳米建筑师提供了一个增强的工具包.
尽管电子传输一直是大量研究的焦点 ， 但电子通过蛋白质流动的性质仍然是一个谜 。 从广义上讲 ， 该过程可以通过电子隧穿发生 ， 这是一种在非常短的距离内发生的量子效应 ， 也可以通过电子沿着肽链的跳跃发生 ， 在蛋白质的情况下 ， 是一条氨基酸链 。 该研究的一个目标是通过对不同长度的蛋白质纳米线的电导率进行定量测量来确定这些方案中的哪一个似乎正在运行 。 该研究还描述了一种数学模型 ， 可用于计算蛋白质的分子电子特性 。 在实验中 ， 研究人员使用了 4 纳米增量的蛋白质片段 ， 长度范围为 4-20 纳米 。
一个基因被设计成从 DNA 模板产生这些氨基酸序列 ， 然后将蛋白质长度结合在一起形成更长的分子 。 当电子传输通过蛋白质纳米线进行时 ， 一种称为扫描隧道显微镜的高灵敏度仪器被用于精确测量电导 。 数据表明 ， 电导在纳米线长度上以与电子跳跃而不是隧穿行为一致的方式降低 。 特定的芳香族氨基酸残基（蛋白质的每个螺旋形扭曲中的六个酪氨酸和一个色氨酸）帮助引导电子沿着它们的路径从一个点到另一个点 ， 就像火车路线上的连续站点一样 。 “电子传输有点像在水上跳过石头 - 石头没有时间在每个跳过上下沉 ， ”林赛说 。
虽然蛋白质纳米线的电导值随着距离的增加而降低 ， 但与专门设计为高效导体的传统分子线相比 ， 它们的降低更为缓慢 。 当蛋白质纳米线的长度超过 6 纳米时 ， 它们的电导率优于分子纳米线 ， 从而为它们在许多新应用中的应用打开了大门 。 事实上 ， 它们可以通过原子尺度控制进行巧妙的设计和更改 ， 并从基因模板进行自组装 ， 这使得微调操作远远超过了目前传统晶体管设计所能达到的水平 。 一个令人兴奋的可能性是使用这种蛋白质纳米线来连接一套新的纳米机器中的其他组件 。
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