DNA suudab eristada kvantolekuid
Üldiselt on teadlased ühel nõul selles, et kvantfenomenid leiavad aset äärmiselt tillukestes süsteemides — näiteks eraldistes aatomites või väga väikestes molekulides. Reeglina tuleb materjalid nende uurimiseks jahutada absoluutse nulli lähedastele temperatuuridele. Kui taoline süsteem soojeneb teatud temperatuurini, kollapseeruvad selle kvantomadused ning juhtimise võtab üle „igapäevane“ klassikaline füüsika, vahendab Science Daily.
„Bioloogilised molekulid on üsna suured ning toimivad väga palju soojematel temperatuuridel kui need, millel viiakse läbi enamik kvantfüüsikalisi katseid,“ selgitas prof Naaman. „Võiks arvata, et nendes molekulides on spinniks nimetatav, kahes eri olekus avalduv kvantnähtus segi paiskunud — ja seega nende töö seisukohalt asjassepuutumatu.“
Bioloogilistel molekulidel on aga üks huvitav omadus: need on kiraalsed. Teisisõnu tähendab see, et need eksisteerivad „vasaku-“ või „paremakäelistes“ vormides, mis on vastastikku kattumatud. Kaheahelalised DNA-molekulid on topeltkiraalsed — käelisus avaldub nii eraldiste ahelate asetuses kui heeliksite vindi suunas.
Varasematest uurimustest oli prof Naamanile teada, et mõned kiraalse struktuuriga molekulid võivad erisuunaliste spinnidega suhestuda eri viisidel. Koos Weizmanni teadusinstituudi osakeste- ja astrofüüsika kateedri professori Zeev Vageri, aspirant Tal Markuse ning professor Helmut Zachariase ja tema töörühmaga Münsteri ülikoolist asuti uurima, kas DNA-l võiksid ilmneda mingisugused spinni suhtes valikulised omadused.
Uurijad konstrueerisid isekoostuvaid DNA-kihte, mis kinnitati kullasubstraadile. Seejärel mõjutati DNA-d segatud elektronirühmadega, kus esines mõlemasuunalisi spinne. Töörühma saavutatud tulemused ületasid kõiki ootuseid: bioloogilised molekulid reageerisid ühe suunaga spinni kandvatele elektronidele väga tugevalt, teistele aga praktiliselt üldse mitte.
Mida pikem oli molekul, seda tõhusamalt suutis see eristada soovitud spinniga elektrone; üksikutel DNA-ahelatel ja lõhutud ribadel too omadus ei avaldunud. Tulemused annavad mõista, et suutlikkus konkreetse spinniga elektrone sõeluda ja valida tuleneb DNA-molekuli kiraalsest olemusest, mis mingil moel seda läbivate elektronide spinnile „eelistuse sätestab“.
Tegelikult, märkis Naaman, tuleb välja, et DNA on oivaline "spinnifilter“ ning töörühma tulemused võivad osutuda rakenduskõlbulikeks nii biomeditsiiniliste uuringute kui spinntroonika vallas. Kui edasine teadustöö peaks kinnitama järeldust, et DNA-d kahjustavad ainult ühe suunaga spinnid, saaks nendega kokkupuutumise määra kahandada ning meditsiiniseadmeid seda silmas pidades varjestada.
Teisalt võivad DNA ja muud bioloogilised molekulid kujuneda keskseks tunnuseks uut tüüpi spinntroonilistes seadmetes, mis ei tööta mitte elektrilaengutega, nagu praegu, vaid osakeste spinniga.
Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!