UA-ingeniører vinder patent på proteinbaserede elektroniske kredsløb

(PhysOrg.com) - Ingeniører fra University of Arizona har patenteret en proces, der kan føre til det næste store spring inden for mikroelektronik, helt ændre måden, hvorpå mikrochips laves. Pierre Deymier, professor i materialevidenskab og teknik, er et af UA -fakultetsmedlemmerne, der opfandt processen.

Det næste trin er at anvende nanotrådforskningen på enheder og fremstillingsprocesser.

Ingeniører fra University of Arizona har patenteret en proces, der kan føre til det næste store spring inden for mikroelektronik, helt ændre måden, hvorpå mikrochips laves.

Bioengineering -gennembruddet, der er patenteret af forskere ved UA College of Engineering, bruges til at bygge mikroskopiske ledningskredsløb fremstillet af kobber isoleret af proteiner.

Gennem en kombination af biologiske processer og elektroløs kobberaflejring, forskergruppen har skabt små ledninger baseret på proteiner kaldet mikrotubuli, aka MT'er.

Disse rør har en indre diameter på 15 nanometer og en ydre diameter på 25 nanometer og kan vokse til længder på flere mikrometer. Røde blodlegemer har en diameter på ca. 8 mikrometer, en afstand, hvor 320 MT'er kunne stilles op fra side til side.

Nøglekomponenten i dette patent (US 7, 862, 652 B2) er evnen til at deponere kobber inde i de ikke-ledende MT'er for at lave små isolerede ledninger, sagde Pierre Deymier, en professor i materialevidenskab og teknik og et af UA -fakultetsmedlemmerne, der opfandt processen.

Deymier er også direktør for School of Sustainable Engineered Systems. Medopfindere omfatter Ian Jongewaard, James Hoying, Roberto Guzman og Srini Raghavan.

I naturen, MTs adskiller DNA og kromosomer i en delende celle. Under mitose (celledeling) vokser og krymper MT'er, dukker op og forsvinder, som de er nødvendige. De begynder at danne fra et frøprotein kaldet gamma -tubulin, Deymier forklarede.

Forskerne udskriver gammatubuliner på kredsløbspunkter, hvor de vil have ledninger til at starte, og udskrive specifikke peptider på ledernes destinationer. Peptider er tråde af aminosyrer, byggestenene i proteiner.

Flere tubuli vokser, men kun nogle vedhæfter. Når alle forbindelser er gennemført, løsningen, hvor MT'erne vokser, ændres, og dem, der ikke er knyttet, forsvinder.

Næste, de resterende MT'er bades i en kobbersaltopløsning. "Nøglen er at metalisere indersiden af ​​mikrotubuli før ydersiden, "Sagde Deymier.

En aminosyre kaldet histidin, som har en stærk affinitet for kobber, dannes naturligt inde i tubuli, og metalliseringsprocessen starter der. Ved korrekt timing af kobbersaltcyklussen, kobber dannes kun inde i MT'erne, resulterer i små isolerede ledninger.

Et af de vigtigste gennembrud var at finde en biologisk godartet aflejringsproces, der ikke ville skade MT -funktion eller struktur. Denne proces blev udviklet af professor Srini Rahavan og hans studerende i afdelingen for materialevidenskab og teknik.

Traditionelle halvlederproduktionsteknologier rammer grænser i deres pres for stadig mindre chipfunktioner. Biologisk samling - vækst nedefra og op, der efterligner den måde, hvorpå levende organismer skabes - tilbyder de processer og kontrol, der er nødvendige for at danne strukturer fra atomer og molekyler, Sagde Deymier.

Disse bottom-up-teknologier lover at være langt billigere, han tilføjede. MT-baserede nanotråde er naturligt isolerede, giver designere mere frihed til at føre ledninger på tværs af hinanden, noget, der ikke kan gøres med de uisolerede kredsløbsspor, der findes i nuværende chipprinterteknikker, såsom fotolitografi.

Ud over deres anvendelse til at forbinde kredsløbselementer i molekylstørrelse, MT-baserede nanotråde kan bruges til at udtrække strøm fra solceller, der efterligner fotosyntese, Sagde Deymier. Disse plantelignende fotoceller inkluderer lysfølsomme planteproteiner, der fanger fotoner og producerer elektroner. Nanotråde kunne bruges til at kanalisere disse elektroner til omverdenen.

Det næste trin er at anvende denne nanotrådforskning på enheder og fremstillingsprocesser. Deymier sagde:"Vi ville være glade for at se folk give denne teknologi licens til at udvikle mikrochipfremstillingsprocesser eller andre relaterede processer."