Симбиоз органики и неживой материи

Шварцит, или графен, внутри цеолита (углерод – черный, кремний – красный и кислород – желтый). Иллюстрация Physorg

Еще со школьных уроков физики мы привыкли к тому, что ток – это совокупность отрицательно заряженных электронов, «подгоняемых» напряжением. Однако открытие полупроводников показало, что положительный ток могут переносить и дырки. Отсюда и термин – «электрон-дырочная проводимость».

Сегодня мы постепенно привыкаем к гибридной электронике, возможности которой расширяются за счет включения, например, органики и белковых молекул. Итальянские и финские ученые из университетов в Бари и Турку предложили транзистор размером 1 мм для обнаружения одиночных молекул протеиновых антител (IgG – Immunoglobulin G). Речь идет об органическом полевом транзисторе с запором в виде электролита, представленного молекулами IgG, образующими монослой путем самосборки. Образование комплекса IgG с молекулой анти-IgG способствует прохождению тока. Разрешающая способность гибридного транзистора около 20 молекул в микролитре (или 40 аттомолей – 10–18).

Пока авторы проверили разведенную слюну, но ничто не мешает определять антитела в других средах. В свое время революцию совершили моноклональные антитела для определения ВИЧ и беременности. С помощью нового органического транзистора можно будет следить за уровнем антител при лечении различных патологических состояний и других молекул в ходе экспериментов.

Несколько иной подход разработан в Стэнфорде, где создали флуоресцентную молекулу, «зажигающую» в присутствии одной-единственной туберкулезной микобактерии. Преимуществом нового метода является то, что молекула начинает светиться только в присутствии микроба, вызывающего туберкулез, но не 43 других безвредных микобактерий. Авторы увидели также в режиме реального времени, как происходит фагоцитоз микроба, то есть поглощение его мечниковским макрофагом.

Для обнаружения инфекции с помощью нового метода требуется всего лишь час. Это очень важно при подборе лечения, поскольку у многих туберкулезных палочек сегодня наблюдается мультилекарственная резистентность.

В приложении к журналу Science изложены результаты применения у привитых мышей вещества, синтезированного в университетах Лидса и Кембриджа. Оно действует на митохондрии, вырабатывающие для клеток энергию. В этих клетках весьма активны так называемые белки (протеины) теплового шока (HSP – Heat Shock Protein). Гены этих белков активируются, когда клетки подвергаются ожогу и другим воздействиям, а также при их старении. Вещество, «бьющее» по ферменту теплового шока (KHS – Kinase of Heat Shock), нарушает целостность митохондрий. А это приводит к дезинтеграции веретена деления. Оно состоит из микротрубочек, сокращение которых «растаскивает» хромосомы к полюсам деления. Применение KHS почти в два раза увеличило продолжительность жизни подопытных мышей, которым перевили мозговую глиобластому человека.

Примером гибридной электроники можно считать и графен, который состоит из чистого углерода, но проявляет полуметаллические свойства. Еще на заре электротехники графит пытались использовать для создания первых ламп накаливания, поскольку графитовые стержни хорошо проводят ток, разогревающий их концы до яркого свечения (как, например, в мощных прожекторах).

Электроны в графене двигаются, не встречая сопротивления, что делает его почти сверхпроводящим. Но практическое внедрение этого уникального материала встречает много препятствий, часть которых попытались преодолеть сотрудники Калифорнийского университета в Беркли, которым помогали их коллеги из Японии и Южной Кореи. Ученые решили использовать отрицательную кривизну (ее имеет внутренняя поверхность шара), введя графен в цеолит.

Название цеолитов происходит от греческого слова ZEO/\, «кипение». Дело в том, что древние обратили внимание на большое количество пара, выделяющегося при нагревании этого силикатного (кремниевого) минерала. Цеолиты имеют огромное количество пор, внутрь которых и ввели графен. В результате ученые получили шварцит, названный так в память о немецком физике Г. Шварце, в 80-х годах ХIХ века изучавшего свойства отрицательно искривленных поверхностей. Получение шварцита сближает графен с фуллеренами (углеродными шарами) и монослойными углеродными трубками (MWCT – Mono-Walled C Tubes).

Авторы отмечают в журнале «Труды АН США» (PNAS), что фуллерены и трубки трудно синтезировать, шварцит же получается чуть ли не сам собой, поскольку атомы углерода охотно устремляются в цеолитовые поры. Энтузиазм исследователей несколько охлаждает тот факт, что лишь 15 из 200 полученных на сегодня цеолитов подходят для получения шварцита (графен пока «ввели» лишь в три из них).

Однако компьютерное моделирование предсказывает возможность получения до миллиона разных цеолитов. Так что есть где развернуться, чтобы на их матрице получать графен с настраиваемыми по желанию свойствами.