На помощь развитию нанотехнологий могут прийти простейшие живые существа - вирусы.

Рис. 1. Изображение вируса TMV, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии.

Одна из серьезных проблем, с которой сталкиваются разработки в области нанотехнологии, - это разброс размеров компонентов. Действительно, получить идентичные нанообъекты чрезвычайно сложно. Нанотрубки и нанопроволочки, предлагаемые в качестве элементов наноэлектронных приборов и устройств, несмотря на все усилия, имеют отличия по форме и/или размеру. Недавно был предложен неожиданный подход к решению этой проблемы. Он заключается в использовании биологических объектов, имеющих строго определенные природой размеры и форму. К успеху привели извечные враги человека - вирусы, прекрасно работающие в качестве наноматриц для производства органических и неорганических наноматериалов или устройств. Исследователи из Univ. California Riverside (США) показали, что для нужд наноэлектроники хорошо подходит вирус табачной мозаики TMV (листья зараженного табака приобретают специфические пятна, отсюда такое название). Кстати, первый вирус - и это был именно вирус табачной мозаики, содержащийся в соке больных растений, - открыл в 1892 г. русский микробиолог Д.И.Ивановский. Вирусы табачной мозаики имеют очень характерную структуру, напоминающую нанокабель – полые белковые трубки, внутри которых проходит "жила" из РНК.

Преимущества использования вирусов TMV заключаются в следующем: все частицы TMV одного типа идентичны по структуре, форме и размерам; вирионы (зрелые вирусы) TMV могут осуществлять самосборку и формировать определенные организованные структуры, например, цепи, соединяясь концами; они очень стабильны как в химическом, так и в физическом отношении и, наконец, их можно покрывать металлами, диоксидом кремния и полупроводниковыми материалами.

Вирусы (TMV-U1), представляющие собой наностержни длиной 300 нм и диаметром 18 нм и имеющие 4 нм внутренние аксиальные каналы, были использованы американскими исследователями как наноматрицы для получения гибридных наноструктур вирус/неорганический материал. Растения Nicotiana tabacum "Xanthi" специальным образом инфицировали вирусом, затем их выращивали в теплице в течение 7 недель, после чего вирусы извлекали из листьев. Их изображение, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии, приведено на рис.1 и 2. На рис.1 виден отдельный вирус длиной 300 нм, а на рис. 2 – естественная сборка (поскольку вирусы TMV плохие проводники, для усиления контраста они были обработаны уранилацетатом).

Рис. 2. Естественная сборка из вирусов.

Платиновые и золотые покрытия на вирусы можно наносить модифицированным химическим методом. Специальным образом приготовленную суспензию TMV смешивают с водным раствором соли, содержащей платину, которую затем восстанавливают до металлической платины. Контролируется процесс с помощью электронного микроскопа - после добавления восстановителя (гидразингидрата) вдоль TMV начали собираться частицы платины, через 20 минут вирус был покрыт почти полностью. Контроль через 7 дней показал, что все вирионы полностью покрыты металлом и абсолютно не повреждены!

В другом эксперименте была сделана попытка получить золотую нанопроволоку. Американские ученые действовали в точном соответствии с методикой описанной выше методикой. В кислой среде не осталось неповрежденных TMV. Тем не менее, образовались наночастицы золота, по-видимому, смешанные с элементами белка TMV. Конечно, на пути создания "вирусных" наноматериалов для электроники есть свои трудности. Управлять процессом нанесения покрытия и контролировать качество довольно сложно. Взаимодействие прекурсора металла с вирусом, скорость формирования металлических частиц, их расположение и многое другое зависят от химической среды. Также очень важно правильно охарактеризовать получаемые структуры. Для этого американские ученые, кроме электронной микроскопии, предлагают использовать рамановскую спектроскопию, которая в последнее время стала успешно применяться для изучения биологических образцов. Действительно, данные микрорамановской спектроскопии, полученные американскими учеными, показали воспроизводимые различия в спектрах исходных TMV, Pt-TMV и Au-TMV (в основном связанные с присутствием металлов на белковой оболочке вируса).

Источник информации - заметка О.Алексеевой в бюллетене ПерсТ, выпуск 22 за 2005 г.