Investigación

 

Probabilidad de transmisión en cadenas desordenadas de ADN

 

C. A. Plazas, K. M. Fonseca-Romero y R. R. Rey-González

 

Departamento de Física, Universidad Nacional de Colombia, Ciudad Universitaria, 11321, Bogotá D.C., Colombia.

 

Received 14 March 2014;
Accepted 4 August 2014.

 

Resumen

En los últimos años ha crecido el interés de utilizar los ácidos nucleídos y proteínas en nanodispositivos. Sin embargo, algunas de sus propiedades electrónicas aún no se entienden claramente. Abordamos el problema de la transmisión electrónica a través de un segmento finito de ADN, usando un modelo de cadena lineal dentro del formalismo de enlace fuerte con interacción a primeros vecinos y un orbital por sitio para representar el ADN. Los efectos de hidratación se incluyen como variaciones aleatorias de las autoenergías. La probabilidad de transmisión se calcula a partir del concepto de matriz de transferencia.

Descriptores: ADN; probabilidad de transmisión; desorden.

 

Abstract

In the last years have grown the interest to use nucleic acids and proteins in nanodevices. However, some their electronic properties remain unclear and there is still much more to be done. We address the problem of charge transport across a finite segment of DNA, using a linear chain model into tight binding framework with nearest neighbors interaction and one orbital per site to represent the DNA. Hydrations effects are taken into account as random variations of the self-energy. Transmission probability is calculated from transfer matrix concept.

Keywords: DNA; transmission probability; disorder.

 

PACS: 73.22.Pr; 87.14.gk; 73.63.-b; 71.23.An

 

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Agradecimientos

Los autores agradecen el apoyo financiero del Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación COLCIENCIAS, Colombia, Proyecto 110156933525 y a la División de Investigación Sede Bogotá, Universidad Nacional de Colombia, Proyectos 19023 y 19028.

 

Referencias

1. T. Ando, Y. Arakawa, K. Furuya, S. Komiyama, and H. Nakashina, Mesoscopic physics and electronics (Springer, 1998).         [ Links ]

2. D. Porath, G. Cuniberti, and R. D. Felice, Top. Cur. Chem. 237 (2004) 183.         [ Links ]

3. M. Shinwari, M. Deen, E. Starikov, and G. Cuniberti, Adv. Funct. Mater. 20 (2010) 1.         [ Links ]

4. P. J. Dandliker, R. E. Holmlin, and J. K. Barton, Science 257 (1997) 1465.         [ Links ]

5. M. D. Ventra and M. Zwolak, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 2 (2004) 475.         [ Links ]

6. N. C. Seeman, TRENDS in Biochemical Sciences 30 (2005) 119.         [ Links ]

7. T. Liedl, T. L. Sobey, and F. C. Simmel, Nano Today 2 (2007) 36.         [ Links ]

8. C. M. Niemeyer, Nano Today 2 (2007) 42.         [ Links ]

9. T. H. LaBean and H. Li, Nano Today 2 (2007) 26.         [ Links ]

10. F. C. Simmel and B. Yurke, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology 2 (2004) 495.         [ Links ]

11. J. H. Ojeda and P. A. Orellana, J. Supercond. Nov. Magn. 26 (2012) 2227.         [ Links ]

12. B. Yurke, A. Turberfield, A. Mills, Jr, F. Simmel, and J. Neumann, Nature 406 (2000) 605.         [ Links ]

13. A. J. Storm, J. van Noort, S. de Vries, and C. Dekker, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 3881.         [ Links ]

14. H.-W. Fink and C. Schonenberger, Nature 398 (1999) 407.         [ Links ]

15. D. Porath, A. Bezryadin, S. de Vries, and C. Dekker, Nature 403 (2000) 635.         [ Links ]

16. P. J. D. Pablo et al., Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 4992.         [ Links ]

17. Y. Zhu, C.-C. Kaun, and H. Guo, Phys. Rev. B 69 (2004) 245112.         [ Links ]

18. R. N. Barnett, C. L. Cleveland, U. Landman, E. Boone, S. Kanvah, and G. B. Schuster, J. Phys. Chem. A 107 (2003) 3535.         [ Links ]

19. J. Yi, Phys. Rev. B 68 (2003) 193103.         [ Links ]

20. D. Hennig, E. B. Starikov, J. F. R. Archilla, and F. Palmer, J. Bio. Phys. 30 (2004) 227.         [ Links ]

21. R. G. Endres, D. L. Cox, and R. R. P. Singh, arXiv/Condmat:0201404 (2002).

22. I. Komura, Y. Ishikawa, T. Tsukamoto, T. Natsume, and N. Kurita, J. Mol. Struc.: THEOCHEM 862 (2008) 122.         [ Links ]

23. M. W. Shinwari, M. J. Deen, E. B. Starikov, and G. Cunibert, Adv. Funct. Mater. 20 (2010) 1.         [ Links ]

24. S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems (Cambridge University Press, 1995).         [ Links ]

25. C. A. Plazas Riaño, Transporte electrónico a través de alambres moleculares: Una aplicación al ADN, Master's thesis, (Universidad Nacional de Colombia 2011).         [ Links ]

26. J. D. Watson and F. H. C. Crick, Nature 171 (1953) 737.         [ Links ]

27. R. Sinden, C. Pearson, V. Potaman, and D. Ussery, Advances in Genome Biology 5 (1998) 1.         [ Links ]

28. S. Zamenhof, G. Brawerman, and E. Chargaff, Biochim et Biophys Acta 9 (1952) 402.         [ Links ]

29. W. Humphrey, A. Dalke, and K. Schulten, Journal of Molecular Graphics 14 (1996) 33.         [ Links ]

30. D. H. Dunlap, K. Kundu, and P. Phillips, Phys. Rev. B 40 (1988) 10999.         [ Links ]

31. H. L. Wu and P. Phillips, Phys. Rev. Lett. 66 (1991) 1366.         [ Links ]

32. H. L. Wu and P. W. Phillips, J. Chem. Phys. 93 (1990) 7369.         [ Links ]

33. R. Rey-Gonzalez and P. A. Schulz, Phys. Rev. B 54 (1996) 7103.         [ Links ]

34. D. K. Ferry and S. M. Goodnick, Transport in nanostructures (Cambridge University press, 1997).         [ Links ]

35. D. H. Dunlap, H. L. Wu, and P W. Phillips, Phys. Rev. Lett. 65 (1990) 88.         [ Links ]

36. H. L. Wu, W. Goff, and P. Phillips, Phys. Rev. B 45 (1992) 1623.         [ Links ]

37. R. R. Rey González, Efeitos da desordem em sistemas de baixa dimensionalidade, Ph.D. thesis, (Insituto de Física Gleb Wataghin, Universidade Estadual de Campinas 1998).         [ Links ]

38. P W. Anderson, Phys. Rev. 109 (1958) 1492.         [ Links ]

39. C. A. Espejo Pabón, Cálculo de la energía de enlace de las bases nitrogenadas Guanina-Citosina y Adenina-Tímina, (Master's thesis, Universidad Nacional de Colombia 2006).         [ Links ]

40. C. Espejo and R. R. Rey-González, Rev. Mex. Fis. 53 (2007) 212.         [ Links ]

41. R. Rey-González and P. A. Schulz, Phys. Rev. B 57 (1998) 14766.         [ Links ]

42. D. Porath, G. Cuniberti, and R. D. Felice, in Top. Cur. Chem., Vol. 237, edited by G. Schuster (Springer- Verlag, 2004) p. 183.         [ Links ]

43. B. Giese, J. Amaudrut, A.-K. Köhler, M. Spormann, and S. Wessely, Nature 412 (2001) 318.         [ Links ]

44. M. Bixon, B. Giese, S. Wessely, T. Langenbacher, M. E. Michel-Beyerle, and J. Jortner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (1999) 11713.         [ Links ]

45. G. Cuniberti and E. Macía, A. Rodriguez, and R. A. Römer, arXiv/q-bio.GN0707.3224v1 (2007).

46. S. Roy et al., Nano Lett. 8 (2008) 26.         [ Links ]

47. H. Xu and G. Chen, J. Appl. Phys. 77 (1995) 5478.         [ Links ]

48. C. A. Plazas, K. M. Fonseca-Romero, and R. R. Rey-Gonz'alez, To be published.