DNA:Byggesten til mindre, smartere elektronik?

(PhysOrg.com) - Ved hjælp af et koncept kaldet DNA origami, Arizona State University-forskere forsøger at bane vejen for at producere de næste generationer af elektronikprodukter.

De forfølger fremskridt inden for nanoteknologi, der har potentialet til at muliggøre skabelsen af ​​mindre komponenter til forbruger- og industriel elektronik såsom iPods, iPads og lignende enheder.

Producenter ønsker at gøre enhederne mindre og "smartere." Problemet er, at dette kræver, at de interne elektriske dele af sådanne enheder laves i en endnu mindre nanometerskala, samtidig med at komponenternes evne til at udføre en række computere øges, kommunikations- og multimediefunktioner.

At gøre disse komponenter mindre ville blive meget dyrere ved at bruge den nuværende metode til fremstilling af mikroelektroniske komponenter såsom de centrale behandlingsenheder (CPU'er) på alle computere.

ASU's Hongbin Yu og Hao Yan går sammen om at udvikle grundlaget for en ny fremstillingsmetode, der ville holde omkostningerne nede.

Yu er adjunkt ved School of Electrical, Computer, og energiteknik, en af ​​ASUs Ira A. Fulton Schools of Engineering. Yan er professor i Institut for Kemi og Biokemi i ASU's College of Liberal Arts and Sciences.

Detaljer om deres fremskridt er for nylig blevet rapporteret i Nano bogstaver , et førende tidsskrift om nanovidenskab og teknologi udgivet af American Chemical Society. Nyhederne har også været omtalt på Chemistry World, et videnskabs- og teknologinyhedswebsted for Royal Society of Chemistry, den førende europæiske organisation for fremme af kemiske videnskaber.

Yu forklarer, at han og Yan undersøger "hvordan man bruger top-down litografi kombineret med modificerede selvsamlende nanostrukturer fra bunden opad til at styre placeringen af ​​nanostrukturer på siliciumplader."

Top-down litografi er en proces, hvorved elektriske kredsløbselementer på en siliciumwafer konstrueres ved skæring og ætsning, på en måde svarende til, hvordan skulpturer er lavet. Sådan fremstilles nutidens computerchips.

Bottom-up selvsamling er en proces, hvor molekyler og/eller materialer i nanoskala selvsamles til ønskede strukturer ved hjælp af kemiske bindinger eller forskellige lignende interaktioner.

Yu og Yan har opdaget en måde at bruge DNA til effektivt at kombinere top-down litografi med kemisk binding, der involverer bottom-up selvsamling.

Dette involverer en "DNA origami" designteknik svarende til den traditionelle japanske kunst eller teknik til at folde papir til dekorative eller repræsentative former. Det tillader DNA-strenge at blive foldet til noget, der ligner en pegboard, hvorpå forskellige molekyler kan fastgøres.

Ved at gøre det muligt for forskellige molekyler at knytte sig til DNA'et produceres mindre nanostrukturkonfigurationer - hvilket åbner vejen for konstruktion af mindre elektroniske enhedskomponenter.

Tidligere har det vist sig vanskeligt at kombinere top-down litografi med bottom-up selvsamling, fordi de DNA-nanostrukturer, der kræves for at få det til at ske, ville binde vilkårligt til siliciumplatformen (kaldet et substrat) - det materiale, som et elektronisk kredsløb er på. fabrikeret.

"Der har været få succesfulde demonstrationer af, hvordan man placerer disse bottom-up samlede nanostrukturer på overfladen af ​​substratet, hvor man ønsker, at de skal være, " Yu forklarer, "fordi du ikke bare kan køre disse enheder, du skal vide, hvor du skal forbinde hvad."

For at løse problemet, Yus forskerhold præfabrikerede en guld "nano-ø" på bestemte steder på et siliciumsubstrat, derefter påført DNA-origami, der har specifikke kemiske ender, der kun vil binde til guldøen og ikke siliciumwaferen. Dette tillader DNA -nanorørene kun at vedhæfte øerne.

Arbejdet viser, at det er muligt, at en DNA-dobbelthelix kan bruges til at bygge en-dimensionelle og to-dimensionelle strukturer for at muliggøre fremstillingen af ​​mindre elektroniske hukommelsesenheder - til en pris, der ville være langt mindre end de nuværende fremstillingsmetoder.

Der er brug for flere fremskridt, siger Yu.

"Med denne demonstration var vi i stand til at bygge mønstre på overfladen, der kun består af endimensionelle DNA-nanorør, men vores forskning viser, at det er muligt at producere todimensionelle og endnu mere sofistikerede strukturer, der er væsentlige byggesten til elektroniske kredsløb i nanoskala, " siger Yu. "Så dette er kun begyndelsen på mange fascinerende muligheder, der skal realiseres."