تُعَد البوابات المنطقية الحجر الأساس في صناعة الدّارات الرّقمية المستخدمة في الحواسيب وغيرها من الأجهزة الالكترونية.
تُصَّنَع هذه البوابات بِشَكلٍ عام من عناصر الدّيودات والتّرانزستورات التي تعمل كأجهزة تبديل (فصل_وصل) (ON-OFF).
أما مقال اليوم، فيتحدث عن مادة شهيرة جداً، لكنها فاجأت العلماء بقدرتها على تغيير شكلها مما يسمح بالاستفادة منها ضمن مجالات واسعة في المستقبل القريب إنَّها... "الحمض النّووي DNA"!.
عند ذكر كلمة DNA سنفكر سريعاً بالعديد من الأمور الهامة:
بصمة الإصبع التي تساعد الشّرطة على تحديد هوية أي شخص في جريمةٍ ما، سنتذكر فَحص الحمض النّووي الذي يستخدم لتحديد هوية الوالد، وغيرها الكثير.
قُدِمَت بُنيَة الحمض النّووي أول مرة من قبل "واتسون كريك"، حيثُ بَيَّنَ أنها ذات شكل مزدوج لولبي.


Image: wikimedia.org

لاحقاً، تبين أنّه بإمكان الحمض النّووي تشكيل العديد من الأشكال، والتي بُنيَ هذا البحث على أساسها.
تَكمُن أهمية هذا البحث في أنَّ تَغيُر شكل ال DNA قد يلعب دوراً هاماً في تطوير الأبحاث المتعلقة ببعض الأمراض الجّينية كالسُّكري والسّرطان، ولكنها أيضاً قد تستخدم في تقنيات النانو "Nano Technology" وصُنع الآلات الصغيرة.
تُمكن خاصية تغيير الشّكل للحمض النّووي من استخدامها كعناصر فصل-وصل (ON-OFF switch)، وبالتالي من الممكن أن تحل مكان السّيليكون في صنع العناصر الالكترونية.
_كيف ستتغير بنية الحمض النّووي؟
عند إضافة حِمض (الحمض: هو أي مادة كيميائية تعطي عند انحلالها بالماء شاردة الهيدروجين الموجبة) لقطعة من ال DNA، سيتغير شكلها وتصبح ذات شكل مطوي وعندها تدعى "I-motif".
أما سرعة حدوث عملية الطّوي فتحددها كمية الحمض المُضاف، حيث من الممكن أن تتم العملية خلال ثانية واحدة.
وإذا أردنا إعادة القطعة لشكلها السّابق يكفي أن نضيف أساس (الأساس: هو أي مادة كيميائية تعطي عند انحلالها بالماء شاردة الهيدروكسيل السالبة OH-).


Image: http://onlinelibrary.wiley.com/

يفيد هذا التّغيير في عملية (الفصل-الوصل) الالكترونية، حيث يمكن اعتبار عملية الطّوي هي حالة الوصل (ON) واسترجاع الشكل الأساسي هي الفصل (OFF).
تَمَت الاستفادة من هذا النَّموذج في أبحاث متعددة:
حيث تمكن العلماء من جعل قطعة الحمض النّووي تمشي، كما تمكنوا من مراقبة تغيرات ال PH في الأعضاء الحيوية.
ولكنَّ الجديد في يومنا هذا هو إمكانية تغيير شكل ال DNA المطوي مرة أخرى
(I-motif)، وذلك بإضافة أملاح النُّحاس وتحديداً الشَّوارد الموجبة للنحاس (copper cations)، حيث نحصل على شكل آخر يُدعى
(hair-pin)، تُمثل هذه المرحلة عملية وصل أخرى، وللعودة للشكل (I-motif) المطوي أي العودة لحالة الفصل تتم إضافة مادة EDTA Ethylenediamineteraacetic acid"“، واسمها ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل، وهي مادة معروفة تستخدم في أغلب المنتجات المنزلية وتدخل في صناعة مكونات الشَّامبو. تتم عملية التغيير الثانية دون تغيير في قيمة ال PH.
تغير شكل الحمض النّووي من I-motif إلى Hairpin وبالعكس


Image: cen.acs.org

التركيب الكيميائي ل edta:


Image: wikimedia.org

تغير شكل الحمض النّووي.


Image: http://pubs.rsc.org/

ويمكن تلخيص عملية تغيير شكل الحمض النّووي بالمخطط الصُّندوقي التَّالي:


Image: Syrian Researchers

وبهذا الشكل نكون قد استفدنا من الحمض النّووي في تطبيق جديد للحصول على مفاتيح تبديل (وصل-فصل)، وهذا يؤدي لتوسيع استخدام تقنية النَّانو بشكل كبير من أجل صنع البوابات المنطقية وبالتالي صناعة آلات بالغة الصِغَر.
المصادر:
هنا
هنا
هنا