Нуклеиновые кислоты, жидкие кристаллы и секреты наноконструирования

Доктор химических наук Юрий ЕВДОКИМОВ.

Слова "нанотехнология", "наночастицы", "наноматериалы" в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно.

Слова "нанотехнология", "наночастицы", "наноматериалы" в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно. Манипуляции в масштабе отдельных атомов и молекул, где единицами измерения служат нанометры, то есть величины, составляющие 10-9 м (одну миллионную часть миллиметра), позволяют создавать новые структурированные материалы с уникальными свойствами. "Кирпичика ми" для создания наноконструкций могут служить не только атомы неорганических элементов, но и молекулы биологической природы, например нуклеиновые кислоты. Пионерские работы в этой области ведутся в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук.

Ю. Евдокимов (справа) и Н. Зиман (слева) четверть века назад, во время работы в Университете штата Нью-Йорк, г. Олбани (США).
Схемы склеивания фрагментов ДНК.
Схемы склеивания фрагментов ДНК.
Крестообразная структура ДНК встречается и в природе, например у плазмиды Col E1.
Куб из ДНК.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Структура жидкого кристалла.
Холестерический кристалл.
Текстура "отпечатков пальцев", характерная для холестерического жидкого кристалла ДНК.
Молекулы ДНК в водно-солевом растворе.
Наномостики из дауномицина и меди, выстраивающиеся между двумя соседними молекулами ДНК, сшивают частицы жидкокристаллической дисперсии.
Антрациклины.
Наномостики между молекулами ДНК создают жесткую трехмерную структуру. Она уникальна, т.к. сохраняет оптические свойства холестерика, но не является "жидкой". Это новый тип наноматериала, свойства которого можно регулировать в зависимости от запросов.

Нынешнее бурное развитие нанотехнологических исследований напоминает бум в области информационных технологий в 70-80-х годах или в области биотехнологии в 80-90-х годах прошлого века. И это вполне понятно, учитывая, что нанотехнологии обеспечивают высокий потенциал экономического роста, от которого зависят качество жизни населения, технологическая и оборонная безопасность, ресурсо- и энергосбережение. Сейчас практически во всех развитых странах действуют национальные программы в области нанотехнологии. Они имеют долговременный характер, а их финансирование осуществляется за счет средств, выделяемых как из государственных источников, так и из других фондов. В частности, опубликованы данные, что в США на исследования в рамках проекта "Национальная нанотехнологическая инициатива", одобренного еще пять лет назад, в 2004 году был выделен 1 миллиард (!) долларов. По всему миру за прошедший год на научные работы по нанотехнологиям затрачено 3,6 миллиарда долларов.

Как обстоят дела в России? В октябре 2004 года меня пригласили выступить в Государственной думе на слушаниях, которые проходили под руководством академика Ж. И. Алферова и были посвящены выработке основных направлений нанотехнологии, важных для нашей страны. У меня сложилось впечатление, что все участники слушаний, несмотря на принадлежность к разным ведомствам, заинтересованы в создании национальной программы в этой области. Но вопрос о том, когда благие намерения воплотятся в реальные дела, остался открытым.

Привлекательность нанотехнологий для науки, промышленности и медицины состоит, прежде всего, в том, что они позволяют манипулировать с веществом на уровне отдельных атомов и молекул, с их помощью создают материалы с уникальной структурой - углеродные нанотрубки, тончайшие полупроводниковые покрытия, особо прочные нанокомпози ты. Исходным "сырьем" для производства нанопродукции могут выступать не только углерод, кремний, металлы, но и "строительные блоки" биологической природы.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ "КИРПИЧИКИ" ДЛЯ НАНОКОНСТРУКТОРА

В процессе эволюции биологические молекулы приобрели свойства, которые делают их весьма привлекательными для применения в нанотехнологии. Во-первых, следует отметить химическое многообразие биологических "кирпичиков" (аминокислот, липидов, нуклеотидов). Во-вторых, они склонны к спонтанному образованию сложных пространственных структур. В-третьих, регулируемая сборка "строительных блоков" может идти различными путями, что открывает возможность создания самых разных наноконструкций.

Иерархия самособирающихся биологических структур начинается с мономеров, то есть нуклеотидов и нуклеозидов, аминокислот, липидов. Они образуют полимеры, такие, как ДНК, РНК, белки, полисахариды. Полимеры организуются в ансамбли (мембраны, органеллы). Затем формируются клетки, органы и целые организмы.

Случайная статья

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки