نانولوله‌های کربنی نقش بیشتری در نانوزیست‌فناوری خواهند داشت

به گزارش مجله خبری نگار،  نانولوله‌های کربنی تک‌جداره (SWCNTs) به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی استثنایی خود به عنوان گزینه‌ای امیدوارکننده برای کاربرد در زیست‌فناوری و نانوالکترونیک معرفی شده‌اند. با وجود پتانسیل آنها، چالش‌هایی مانند نامحلول بودن و سمی بودن مانع از استفاده گسترده آنها شده است. مطالعات قبلی راهبرد‌های متنوعی را برای عملکرد بهتر و اصلاح سطوح نانولوله‌های کربنی تک‌جداره برای غلبه بر این چالش‌ها ارائه کرده است.

در این مطالعه جدید، محققان دانشگاه ملی پوسان به رهبری پروفسور سانگهاو جئونگ، استادیار دانشکده مهندسی همگرایی زیست پزشکی، تلاش کرده‌اند این شکاف را پر کنند. این مطالعه با استفاده از روش‌های غربالگری با کارایی بالا به سراغ روشن کردن رابطه بین توالی‌های DNA و میل اتصال آنها با نانولوله‌های کربنی فراتر از روش‌های مرسوم رفته است. نتایج این مطالعه در Advanced Science منتشر شده است.

دکتر جئونگ در مورد پیشینه مطالعه خود توضیح می‌دهد: محققان راهبرد‌های مختلفی را برای مهندسی سطوح نانولوله‌های کربنی تک‌جداره برای غلبه بر چالش‌هایی نظیر محدودیت انحلال و سمیت بررسی کرده‌اند. یک رویکرد امیدوارکننده استفاده از DNA تک رشته‌ای (ssDNA) است. این رشته‌ها به عنوان سورفکتانت برای بسته‌بندی نانولوله‌های کربنی تک‌جداره استفاده می‌شود.

محققان از یک روش دقیق برای ایجاد و بهینه‌سازی کمپلکس‌های DNA تک رشته‌ای (ssDNA) -SWCNT استفاده کردند.

در ابتدا، یک کتابخانه ssDNA تصادفی حاوی ۳۰ نوکلئوتید برای شناسایی توالی‌های با میل ترکیبی بالا ایجاد شد. مدل‌سازی محاسباتی، به‌ویژه شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی، درک تازه‌ای در مورد دینامیک ساختاری ساختار‌های نانولوله‌های کربنی تک‌جداره ارائه کرد. علاوه بر این، محققان از چندین مدل یادگیری ماشینی برای درک الگوی توالی‌هایی که بر میل اتصال تأثیر می‌گذارند، استفاده کردند. آنها با موفقیت یک سرویس آنلاین با دسترسی آزاد ایجاد کرده‌اند که میل پیوندی توالی‌های ssDNA به نانولوله‌های کربنی تک‌جداره را پیش‌بینی می‌کند. این رویکرد‌های یکپارچه نه تنها یافته‌های تجربی را تأیید کردند، بلکه طراحی ساختار‌های ssDNA-SWCNT با کارایی بالا را نیز ساده‌تر کرد.

این یافته‌ها پیشرفت‌های قابل توجهی در پایداری و عملکرد کمپلکس‌های ssDNA-SWCNT ایجاد کرد. توالی‌های ssDNA با میل ترکیبی بالا، غنی از آدنین و سیتوزین، قدرت اتصال برتری را از خود نشان دادند که از طریق آزمایش‌های سورفکتانت این نتایج تأیید شد.

شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی شکل‌گیری پیوند‌های هیدروژنی درون مولکولی پایدار را در نزدیکی سطح نانولوله‌های کربنی تک‌جداره نشان داد و بر یکپارچگی ساختاری افزایش یافته آنها تأکید کرد.

به نقل از ستاد نانو، توسعه ساختار‌های ssDNA-SWCNT با میل ترکیبی بالا، پیشرفت قابل توجهی در حوزه نانوزیست‌فناوری ایجاد می‌کند.