Öğretim Üyemizin Çalışması Nature Chemistry Dergisinde Yayımlandı

AYRINTILI BİLGİ ALIN

TOBB ETÜ Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Ersin Emre Ören ve doktora öğrencisi Çağlanaz Akın Gültaktı’nın, University of California Davis ve Arizona State University'den araştırmacılarla birlikte, "DNA'da elektron taşınımının kontrolü" üzerine yaptığı çalışma, Nature Chemistry (etki faktörü: 20.2) dergisinde yayımlandı.

Dr. Ersin Emre Ören çalışmayı şöyle özetledi:

DNA'nın çift sarmal yapısı, bazların üst üste yığılması sayesinde elektronların veya elektron boşluklarının (hole'ların) uzun mesafeler boyunca hareket etmesini sağlayan özel bir sistem oluşturur. Bu elektron taşıma sisteminin hassas bir şekilde kontrol edilmesi, DNA'nın yapısını koruyan ve hasar gördüğünde onarım mekanizmalarını başlatan kritik bir hücresel tanı ve sinyalizasyon görevi görür.

DNA'nın bu elektriksel iletkenliği, onu biyomedikal ve nanoteknoloji alanlarında çığır açacak uygulamalar (Yüksek hassasiyetli DNA biyosensörleri, DNA tabanlı elektronik cihazlar, vb.) için ideal bir molekül haline getiriyor. DNA’nın elektronik cihazlarda güvenilir şekilde kullanılabilmesi önündeki en büyük engel, elektriksel iletkenliğinin; baz dizilimine, neme, sıcaklığa ve çevre koşullarına aşırı derecede hassas olmasıdır. Güvenilir ve tekrarlanabilir elektronik bileşenler üretebilmek için, DNA içindeki elektron iletim mekanizmalarını tam olarak anlamamız ve kontrol etmemiz gerekiyor.

Önceki çalışmalar, elektron hareketinin DNA'da iki şekilde gerçekleşebileceğini göstermiştir: tutarlı tünelleme (coherent tunnelling: elektronun bir bütün olarak hareket etmesi) ve tutarsız sıçrama (incoherent hopping: elektronun enerji seviyeleri arasında atlaması).

Bu çalışmada, özellikle G-C bazlarına sahip DNA dizilerinde, komşu baz etkileşimlerinin elektrik iletkenliği üzerindeki rolünü inceleyerek, komşu bazların, DNA'nın iletkenliği ve durum yoğunluğu (DoS) üzerindeki etkisini analiz ettik. Daha sonra, yükün ne kadar yayıldığına (delokalizasyon) ve tutarlılık uzunluğuna dair bulgularımızla, uzun DNA dizileri tasarlamak için pratik kılavuzlar oluşturduk.

Bu tasarım kılavuzlarını kullanarak, birkaç baz üzerinde yayılan yüke sahip ve yaklaşık 7 nanometre gibi uzunluklarda bile yüksek iletkenlik gösteren bir DNA dizisinin elektronik yapısını başarıyla tasarladık.

Bu çalışma, nemli ve sıcak ortam koşullarında DNA sarmallarındaki yük taşınımını anlamak ve kontrol etmek için yük delokalizasyonu ve elektronik durum yoğunluğunun kritik olduğunu gösterdi. En önemlisi, yük taşınımının tek bir baz çiftinden daha büyük tutarlılık uzunluklarına neden olan birkaç baz üzerinde yük yayılması (delokalizasyon) yoluyla gerçekleştiğini doğruladı.

Bu, istenen elektronik özelliklere sahip DNA nanotelleri daha baştan (a priori) tasarlama hedefine doğru atılan önemli bir adımdır.

Komşu bazların ve enerji durumu yayılımının (delokalizasyon) yük taşıma üzerindeki etkisini daha iyi anlamamız ve istenen özelliklere sahip diziler tasarlama becerimiz, daha verimli DNA nanotelleri geliştirmek için umut verici yollar açmaktadır. Bu sonuçların gelecekte, nanoelektronik, nanofabrikasyon ve biyosensör uygulamaları için hibrit elektronik sistemlerin tasarım ve üretimine rehberlik etmesini umuyoruz.

Makaleye buradan ulaşabilirsiniz: https://rdcu.be/eQwFV

Dr. Ersin Emre Ören ve çalışmalarına ilişkin daha fazla bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.