ДНК разделила нанотрубки по хиральности

Ученые разработали новый способ отделять друг от друга различные типы нанотрубок. При помощи ДНК они смогли разделить нанотрубки по их хиральности, которая напрямую связана с электропроводностью трубок. О работе физиков из компании Dupont пишет портал Physics World.

Ученые работали с однослойными углеродными нанотрубками - цилиндрическими структурами диаметром от одного до десяти нанометров. Их стенки образованы одним слоем атомов углерода, которые организованы в гексагональные ячейки. Ячейки могут быть различным образом ориентированы относительно продольной оси нанотрубки. Этот параметр получил название хиральности.

Нанотрубки диаметром около одного нанометра имеют 25 различных хиральностей. Электропроводящие свойства нанотрубок с различными типами хиральностей варьируются от полупроводниковых до электропроводности, характерной для металлов. Существующие методы получения нанотрубок не позволяют отдельно синтезировать нанотрубки с той или иной хиральностью. На выходе ученые всегда имеют смесь.

Для практического использования нанотрубок и для их детального изучения исследователям необходимо отделять различные типы нанотрубок друг от друга. На данный момент эффективного и дешевого метода сделать это не существует.

Авторы новой работы разработали технологию разделения смеси нанотрубок, в которой задействованы молекулы ДНК. Отрезки ДНК с определенными последовательностями нуклеотидов преимущественно взаимодействуют с нанотрубками той или иной хиральности, "обвивая" их снаружи. Полученные гибриды можно отделить друг от друга методом жидкостной хроматографии. Его суть заключается в следующем: смесь соединений пропускают через колонку, заполненную, например, полимерными шариками. Каждое соединение взаимодействует с шариками с разной эффективностью. В итоге соединения проходят сквозь колонку с различной скоростью, и ученым остается только собрать фракции, содержащие то или иное вещество.

В данном случае ученые использовали шарики, по-разному взаимодействующие с разными последовательностями ДНК. Чистота фракций гибридов ДНК-нанотрубки для разных типов хиральностей составила от 70 до 90 процентов. Удалив покрывающие нанотрубки последовательности ДНК, ученые получили отдельные типы нанотрубок.

Авторы признают, что пока разработанная ими технология является слишком затратной для массового внедрения. Однако в перспективе, когда технологии синтеза ДНК станут более дешевыми, возможно ее широкое применение.

Нанотрубки были впервые получены совсем недавно. В настоящее время существует несколько способов их синтеза, однако все они имеют различные недостатки. Недавно появилась работа, авторы которой предложили "растить" нанотрубки на алмазах. Такая технология позволяет получать большее количество нанотрубок, чем другие методы.

Гигантские звезды оказались парами

Американские астрофизики установили, что некоторые первые во Вселенной звезды на самом деле были двойными. Об этом сообщает New Scientist, а статья ученых появилась в журнале Science.

В рамках исследования ученых интересовали процессы формирования первых звезд во Вселенной (традиционно они называются звезды популяции III). Для этого ученые использовали компьютерную модель процессов звездообразования, которые происходили в заполненном преимущественно гелием и водородом космосе всего через 20 миллионов лет после Большого Взрыва. Астрофизики моделировали временной промежуток длительностью 190 миллионов лет.

Всего ученые запускали свою модель пять раз с различными начальными условиями. В результате в одном случае им удалось обнаружить, что вместо привычных гигантов массой 140-260 солнечных (именно столько "весили" первые звезды) из того же облака водорода и гелия может формироваться пара звезд. Ученые отмечают, что ничего подобного в более ранних симуляциях не наблюдалось.

По словам исследователей, новая схема позволяет разрешить один из парадоксов космологии. Дело в том, что высокая масса первых звезд должна была приводить к протеканию внутри них достаточно экзотических реакций с участием материи и антиматерии. В результате после гибели в космическое пространство должно было выбрасываться большое количество тяжелых элементов с четным числом протонов в ядре, например, никеля. А значит, подобные элементы должны быть более распространены в космосе, чем элементы с нечетным числом протонов. Однако ничего подобного не наблюдается.

Исследователи отмечают, что если часть первых звезд была двойными системами, то масса каждого из компаньонов была сравнительно небольшой, поэтому никаких экзотических реакций в них не происходило. Таким образом, новое открытие позволяет теоретически устранить данный парадокс. При этом, однако, исследователи пока не в состоянии назвать долю двойных звезд в популяции III. По их словам, она должна быть больше пяти процентов и меньше пятидесяти.

Новая работа была воспринята научным сообществом в целом положительно. Многие специалисты, однако, отмечают, что новая теория отчасти противоречит распространенности массивных черных дыр в ранней Вселенной. Дело в том, что в случае гравитационного коллапса обеих звезд в паре образовавшиеся дыры скорее всего не сольются: их гравитационное взаимодействие выкинет одну из них за пределы системы.

Кроме того, некоторые специалисты предлагают альтернативное объяснение отсутствия большого количества того же никеля. По их словам, в настоящее время астрономы преимущественно наблюдают звезды с небольшим содержанием тяжелых элементов (их легче изучать), а недостающие элементы могут "скрываться" в светилах с иным составом.