مقياس حراري جديد مصنوع من الـ DNA
لا ينفك الحمض النووي الرايبي منقوص الأكسجين أو ما يعرف اختصاراً بالـ DNA عن مفاجأة الباحثين بقدراته المذهلة، فبعد أن تمكن مجموعة من الباحثين قبل فترة وجيزة من تخزين مجموعة من الصور في أشرطة الـ DNA واسترجاعها بعد ذلك، استطاع فريق بحثي في جامعة مونتريال من صناعة مقياس حراري جديد عن طريق الـ DNA ويصغر هذا المقياس في حجمه شعرة الإنسان بـ 20,000 مرة. وقد تم الكشف عن هذا الإنجاز العلمي الكبير في دورية Nano Letters.
لقد اكتشف الباحثون قبل 60 سنة أن جزيئات الـ DNA التي تحمل معلومات الشيفرة الوراثية تبدأ بالانفتاح عند تعرضها للحرارة، وقد اكتشف العلماء مؤخرًا أن الجزيئات الحيوية مثل البروتينات والـ RNA تعمل كمقاييس حرارية نانوية في الكائنات الحية، وتعمل على تسجيل التغير في درجات الحرارة عن طريق الالتفاف والانفتاح.
وصرّح البروفيسور Alexis Vallée-Bélisle بأن صنع بُنَىً مختلفة من الـ DNA قادرة على الالتفاف والانفتاح في درجات حرارية معينة، مستوحيًا ذلك من مقاييس الحرارة النانوية الطبيعية والتي تصغر حجم شعرة الإنسان بـ 20,000 ألف مرة.
وتمتاز فكرة استغلال الـ DNA في تصميم محارير جزيئية في أن كيمياء هذه المركبات بسيطة نسبية وقابلة للبرمجة، فجزيئات الـ DNA مكونة من أربعة جزيئات مونومرية تسمى بالنيكليوتيدات، ويرتبط النيكليوتيد A ارتباطًا ضعيفًا بالنيكليوتيد T، في حين يرتبط النيوكليوتيد C بقوة مع النيكليوتيد G، وباستخدام قواعد التصميم البسيطة هذه، يمكن تركيب بنية DNA قادرة على الالتفاف والانفتاح في درجات حرارية معينة، وبإضافة مسجّلات بصرية إلى هذه البنى، يصبح بالإمكان إنتاج مقاييس حرارة يصل طولها إلى 5 نانومتر، يمكنها وبسهولة إنتاج إشارات قابلة للكشف بالاعتماد على درجة الحرارة.
وستفتح المحارير النانوية هذه آفاقاً جديدًا في مجال التقنية النانوية وقد تساعد في توفير فهم أفضل للجزيئات الحيوية.
يقول البروفيسور Vallee-Belisle: “على سبيل المثال، نحن نعلم بأن درجة حرارة داخل جسم الإنسان ثابتة عند 37 درجة مئوية، ولكننا لا نملك أدنى فكرة عمّا إذا كانت هناك تغيرات كبيرة في درجة الحرارة على المقياس النانوي داخل كل خلية من خلايا الجسم”.
ويسعى يسعى الفريق البحثي المسؤول عن هذا الإنجاز إلى تحديد ما إذا كانت الأجهزة النانوية التي تطورت في الطبيعة عبر ملايين السنين تعاني من ارتفاع درجة الحرارة عند العمل بمعدلات عالية.
ويختم البروفيسور Vallee-Belisle بالقول: “في المستقبل القريب، نسعى إلى إلى تضمين هذه المحارير النانوية في الأجهزة الكهربائية بهدف مراقبة التغيرات الحاصلة في درجة الحرارة على المقياس النانوي”.
المصدر:
Chemists use DNA to build the world’s tiniest thermometer. https://nouvelles.umontreal.ca/en/article/2016/04/27/chemists-use-dna-to-build-the-worlds-tiniest-thermometer/
البحث الأصلي:
David Gareau, Arnaud Desrosiers, Alexis Vallée-Bélisle. Programmable Quantitative DNA Nanothermometers. Nano Letters, 2016; DOI:10.1021/acs.nanolett.6b00156
