17.2. Возможности манипуляции атомами и молекулами

17.2. Возможности манипуляции атомами и молекулами

Для разумного использования сложных макромолекул необходимо прежде всего тщательно изучить их характеристики и научиться целенаправленно манипулировать ими, например, изменяя положение и конформацию наночастиц и создаваемых из них объектов. Например, выше неоднократно говорилось о том, что биологические системы способны к самоорганизации и представляют собой типичный образец создания материалов и устройств по принципу «снизу вверх». Слияние методов биологии и нанотехнологии означает не только использование биологической самосборки для производства нанообъектов, но и возможность вмешательства в биологические процессы и их развития или оптимизации.

Современные технологии дают возможность механически воздействовать или деформировать некоторые виды молекул (например, белки и ДНК). В принципе, молекула ДНК (рассматриваемая на ноноуровне) представляет собой очень длинную макромолекулу, поведение которой напоминает привычные механические системы из шариков и пружинок. Например, закрепив один конец молекулы ДНК и поместив ее в вязкий поток (то есть, прилагая к молекуле продольные механические напряжения), можно постепенно вывести ее из равновесного состояния в виде «клубка» и растянуть в виде нити. Экспериментально такое растяжение молекулы ДНК осуществила группа П. К. Вонга7: им удалось спроектировать систему из двух микрофлюидных каналов буферных потоков, между которыми протекал раствор, содержащий ДНК. Описанная методика позволяла практически «растянуть» молекулу ДНК, а затем наблюдать процесс ее релаксации и возвращения в равновесное состояние, показанный на рис. 17.3. Метод позволяет проводить прямые измерения механических характеристик за счет варьирования скорости буферных обтекающих потоков, причем воздействие внешних факторов может быть минимизировано.

Рис. 17.3. Релаксация молекулы ДНК после «растяжения» в потоке, фиксируемая с интервалом времени 2,5 секунд по данным работы Вонга и др.[119]