KELAS OLIMPIADE SAINS

Jumat, 05 Agustus 2022

Dalam DNA, para ilmuwan menemukan solusi untuk merekayasa elektronik transformatif


Para ilmuwan di Fakultas Kedokteran Universitas Virginia dan kolaborator mereka telah menggunakan DNA untuk mengatasi hambatan yang hampir tidak dapat diatasi untuk merekayasa bahan yang akan merevolusi elektronik.

                baca juga tentang: 5 Pertanyaan Dasar Tentang DNA dan Jawabannya


Salah satu hasil yang mungkin dari bahan rekayasa tersebut bisa menjadi superkonduktor (baca juga: Apa itu superkonduktor?), yang memiliki hambatan listrik nol, memungkinkan elektron mengalir tanpa hambatan. Itu berarti mereka tidak kehilangan energi dan tidak menghasilkan panas, tidak seperti alat transmisi listrik saat ini. Pengembangan superkonduktor yang dapat digunakan secara luas pada suhu kamar -- alih-alih pada suhu yang sangat tinggi atau rendah, seperti yang mungkin terjadi sekarang -- dapat menghasilkan komputer yang sangat cepat, mengecilkan ukuran perangkat elektronik, memungkinkan kereta berkecepatan tinggi untuk mengapung di magnet dan penggunaan energi tebas, di antara manfaat lainnya.

Salah satu superkonduktor tersebut pertama kali diusulkan lebih dari 50 tahun yang lalu oleh fisikawan Stanford William A. Little. Para ilmuwan telah menghabiskan beberapa dekade mencoba membuatnya bekerja, tetapi bahkan setelah memvalidasi kelayakan idenya, mereka menghadapi tantangan yang tampaknya mustahil untuk diatasi. Sampai sekarang.

Edward H. Egelman, PhD, dari Departemen Biokimia dan Genetika Molekuler UVA, telah menjadi pemimpin di bidang mikroskopi cryo-elektron (cryo-EM), dan dia serta Leticia Beltran, seorang mahasiswa pascasarjana di labnya, menggunakan cryo- Pencitraan EM untuk proyek yang tampaknya mustahil ini. "Ini menunjukkan," katanya, "bahwa teknik cryo-EM memiliki potensi besar dalam penelitian material."


Teknik di Tingkat Atom

Salah satu cara yang mungkin untuk mewujudkan ide Little untuk superkonduktor adalah dengan memodifikasi kisi karbon nanotube, silinder berongga karbon yang sangat kecil sehingga harus diukur dalam nanometer -- sepersejuta meter. Tapi ada tantangan besar: mengendalikan reaksi kimia di sepanjang nanotube sehingga kisi dapat dirakit setepat yang dibutuhkan dan berfungsi sebagaimana mestinya.

Egelman dan rekan-rekannya menemukan jawaban di blok bangunan kehidupan. Mereka mengambil DNA, materi genetik yang memberi tahu sel-sel hidup cara beroperasi, dan menggunakannya untuk memandu reaksi kimia yang akan mengatasi penghalang besar bagi superkonduktor Little. Singkatnya, mereka menggunakan kimia untuk melakukan rekayasa struktural yang sangat presisi -- konstruksi pada tingkat molekul individu. Hasilnya adalah kisi nanotube karbon yang dirakit sesuai kebutuhan untuk superkonduktor suhu kamar Little.

"Pekerjaan ini menunjukkan bahwa modifikasi karbon nanotube yang dipesan dapat dicapai dengan memanfaatkan kontrol urutan DNA atas jarak antara situs reaksi yang berdekatan," kata Egelman.

Kisi yang mereka bangun belum diuji untuk superkonduktivitas, untuk saat ini, tetapi menawarkan bukti prinsip dan memiliki potensi besar untuk masa depan, kata para peneliti. "Sementara cryo-EM telah muncul sebagai teknik utama dalam biologi untuk menentukan struktur atom dari kumpulan protein, sejauh ini pengaruhnya jauh lebih kecil dalam ilmu material," kata Egelman, yang penelitian sebelumnya mengarah pada induksi di National Academy of Sains, salah satu penghargaan tertinggi yang bisa diterima ilmuwan.

Egelman dan rekan-rekannya mengatakan pendekatan yang dipandu DNA mereka untuk konstruksi kisi dapat memiliki berbagai macam aplikasi penelitian yang berguna, terutama dalam fisika. Tapi itu juga memvalidasi kemungkinan membangun superkonduktor suhu kamar Little. Pekerjaan para ilmuwan, dikombinasikan dengan terobosan lain dalam superkonduktor dalam beberapa tahun terakhir, pada akhirnya dapat mengubah teknologi seperti yang kita kenal dan mengarah ke masa depan "Star Trek" yang jauh lebih banyak.

"Sementara kita sering berpikir biologi menggunakan alat dan teknik dari fisika, pekerjaan kami menunjukkan bahwa pendekatan yang dikembangkan dalam biologi sebenarnya dapat diterapkan pada masalah dalam fisika dan teknik," kata Egelman. "Inilah yang sangat menarik tentang sains: tidak bisa memprediksi ke mana arah pekerjaan kita."

Pekerjaan itu didukung oleh Institut Standar dan Teknologi Nasional Departemen Perdagangan dan oleh hibah Institut Kesehatan Nasional GM122510, serta oleh persekutuan postdoctoral NRC.

Sumber: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220802104946.htm