Da più di dieci anni la scienza cerca di decifrare la struttura elettronica del Dna, cioè come gli elettroni si distribuiscono negli orbitali molecolari all’interno del famoso filamento a doppia elica. La conoscenza della struttura elettronica del Dna può aiutare a capire, per esempio, come l’acido nucleico si comporta in conseguenza dei danni subiti dalle radiazioni ultraviolette e può fornire informazioni utili in numerose applicazioni nel campo delle nanotecnologie.
Un gruppo di ricercatori italiano coordinato da Rosa Di Felice del Centro S3 di Modena per le nanostrutture e bioSistemi sulle Superfici dell’Istituto Nazionale per la Fisica della Materia del Consiglio nazionale delle ricerche (Infm-Cnr), in collaborazione con la Hebrew University di Gerusalemme, l’Università di Tel Aviv, l’Università di Ratisbona (Germania) e il Consorzio Interuniversitario “Cineca” di Bologna, è ora riuscito nell’intento studiando molecole di acido nucleico a una temperatura di meno 195 gradi centigradi. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Materials, è stato condotto utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel (che consente di analizzare con elevata precisione la superficie di un campione) con il quale è possibile misurare la corrente che attraversa la molecola, depositata su un substrato di oro, e osservare così la disposizione degli orbitali elettronici. Infine, grazie a calcoli teorici basati sulla soluzione di equazioni quantistiche, è stato possibile ricostruire la struttura elettronica corrispondente alla corrente misurata e da qui stabilire quali elementi della struttura a doppia elica contribuiscono a far muovere gli elettroni attraverso la molecola. Per limitare le distorsioni dovute a impurità e rumori di fondo i ricercatori hanno usato una forma lunga, omogenea e semplificata della molecola (composta solo dalle due basi azotate guanina e citosina).
Le potenzialità della scoperta sono enormi: la conoscenza delle proprietà elettroniche del Dna è la base per un’infinità di applicazioni in campi che vanno dalla biochimica alla nanotecnologia. Per esempio si potrà fare luce su come i raggi ultravioletti danneggiano il Dna producendo mutazioni genetiche e radicali liberi e su come la molecola reagisce: la riparazione del Dna avviene infatti attraverso il trasferimento lungo la doppia elica di cariche elettriche, che ripristinano un legame molecolare alterato. Nel campo della nano-bio-elettronica, il settore di ricerca avanzato che molecole biologiche per costruire circuiti elettronici, il Dna è preso in considerazione come possibile filo conduttore di dimensioni molecolari, per realizzare bio-chip più piccoli ed efficienti dell’attuale elettronica su silicio. (s.s.)
