用DNA克服「不可能」，以打造出可改變技術的超導體

據瞭解，這些工程材料的一個可能結果可能是超導體，它的電阻為零，並允許電子不受阻礙地流動。這意味著跟目前的電力傳輸方式不同，它們不會損失能量也不會產生熱量。開發一種可以在正常壓力和室溫下廣泛使用的超導體--而不是像現在這樣在極高或極低的溫度下--可以帶來許多技術奇蹟。其中包括超高速計算機、縮小電子設備的尺寸、讓高速列車漂浮在磁鐵上並減少能源使用及更多。

50多年前，史丹佛大學的物理學家William A. Little首次提出了這樣一種超導體。科學家們花了幾十年時間試圖使其發揮作用。然而即使在驗證了他的想法的可行性之後，他們仍面臨著一個似乎無法克服的挑戰--直到現在。

弗吉尼亞大學生物化學和分子遺傳學系的Edward H. Egelman博士一直是低溫電子顯微鏡（cryo-EM）領域的領導者，他和他實驗室的研究生Leticia Beltran將低溫電子顯微鏡成像用於這個看似不可能的計畫。他說道：「這表明低溫電鏡技術在材料研究方面有很大的潛力。」

原子層面上的工程

實現Little的超導體想法的一個可能的方法是修改碳奈米管的格子。這些是碳的空心圓柱體，非常微小，必須以奈米--十億分之一米--來衡量。然而這裡存在一個巨大的挑戰：控制沿著奈米管的化學反應以便晶格能按照需要精確地組裝並按照預期的功能發揮作用。

Egelman和他的同事在生命的組成部分中找到了答案。他們利用DNA即告訴活細胞如何運作的遺傳物質，並利用它來指導化學反應，以此來克服Little超導體的巨大障礙。簡而言之，他們利用化學來進行驚人的精確結構工程--在單個分子水平上的建設。其結果是一個由碳奈米管組成的晶格，並專門按照Little的室溫超導體的需要進行組裝。

Egelman說道：「這項工作表明，通過利用DNA序列對相鄰反應位點之間間距的控制可以實現有序的碳奈米管修飾。」

目前，他們建造的晶格還沒有被測試過超導性。不過研究人員指出，它提供了原則性的證明並且在未來有很大的潛力。「雖然低溫電鏡已經成為生物學中確定蛋白質集合體原子結構的主要技術，但迄今為止，它在材料科學中的影響要小得多，」Egelman說道。

Egelman和他的合作者稱，他們的DNA指導下的晶格構建方法可以有廣泛的有用的研究應用，尤其是在物理學方面。但它也驗證了建造Little的室溫超導體的可能性。科學家們的工作加上近年來在超導體方面的其他突破，最終可能會改變我們所知的技術並帶來一個更加「星際迷航式」的未來。

Egelamn表示：「雖然我們經常認為生物學使用物理學的工具和技術，但我們的工作表明，生物學中正在開發的方法實際上可以應用於物理學和工程學的問題。這就是科學的精彩之處：無法預測我們的工作將產生什麼結果。」