Computere lavet af genetisk materiale? Forskere leder elektricitet ved hjælp af DNA-baserede nanotråde

Mindre end AIDS-virussen - det er i øjeblikket omkredsen af ​​de mindste transistorer. Industrien har krympet de centrale elementer i deres computerchips til fjorten nanometer i de sidste tres år. Konventionelle metoder, imidlertid, rammer fysiske grænser. Forskere over hele verden leder efter alternativer. En metode kunne være selvorganisering af komplekse komponenter fra molekyler og atomer. Forskere ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og Paderborn Universitet har nu gjort et vigtigt fremskridt:fysikerne førte en strøm gennem guldbelagte nanotråde, som uafhængigt samlede sig selv fra enkelte DNA-strenge. Deres resultater er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Langmuir .

Ved første øjekast, det ligner ormestreger foran en sort baggrund. Men hvad elektronmikroskopet viser tæt på er, at de nanometerstore strukturer forbinder to elektriske kontakter. Dr. Artur Erbe fra Institute of Ion Beam Physics and Materials Research er glad for det, han ser. "Vores målinger har vist, at en elektrisk strøm ledes gennem disse små ledninger." Dette er ikke nødvendigvis selvindlysende, understreger fysikeren. Vi er, trods alt, beskæftiger sig med komponenter lavet af modificeret DNA. For at producere nanotrådene, forskerne kombinerede en lang enkelt streng af genetisk materiale med kortere DNA-segmenter gennem baseparrene for at danne en stabil dobbeltstreng. Ved at bruge denne metode, strukturerne antager selvstændigt den ønskede form.

"Ved hjælp af denne tilgang, som minder om den japanske papirfoldningsteknik origami og derfor omtales som DNA-origami, vi kan skabe små mønstre, " forklarer HZDR-forskeren. "Ekstremt små kredsløb lavet af molekyler og atomer er også tænkelige her." Denne strategi, som videnskabsmænd kalder "bottom-up"-metoden, har til formål at vende konventionel produktion af elektroniske komponenter på hovedet. "Industrien har hidtil brugt den såkaldte 'top-down' metode. Store portioner skæres væk fra grundmaterialet, indtil den ønskede struktur er opnået. Snart vil det ikke længere være muligt på grund af løbende miniaturisering." Den nye tilgang er i stedet orienteret om naturen:molekyler, der udvikler komplekse strukturer gennem selvsamlende processer.

Gyldne broer mellem elektroder

De elementer, der derved udvikler sig, ville være væsentligt mindre end nutidens mindste computerchipkomponenter. Mindre kredsløb kunne teoretisk fremstilles med mindre indsats. Der er, imidlertid, et problem:"Genetisk stof leder ikke en strøm særlig godt, " påpeger Erbe. Han og hans kolleger har derfor placeret guldbelagte nanopartikler på DNA-trådene ved hjælp af kemiske bindinger. Ved hjælp af en "top-down"-metode - elektronstrålelitografi - får de efterfølgende kontakt med de enkelte ledninger elektronisk. "Denne forbindelse mellem de væsentligt større elektroder og de enkelte DNA-strukturer har indtil nu stødt på tekniske vanskeligheder. Ved at kombinere de to metoder, vi kan løse dette problem. Vi kunne således meget præcist bestemme ladningstransporten gennem individuelle ledninger for første gang, " tilføjer Erbe.

Som Dresden-forskernes test har vist, en strøm ledes faktisk gennem de guldbelagte ledninger - det er, imidlertid, afhængig af den omgivende temperatur. "Ladetransporten reduceres samtidig, når temperaturen falder, " beskriver Erbe. "Ved normal stuetemperatur, ledningerne fungerer godt, også selvom elektronerne delvist skal springe fra den ene guldpartikel til den næste, fordi de ikke er smeltet helt sammen. Afstanden, imidlertid, er så lille, at den i øjeblikket ikke engang dukker op ved brug af de mest avancerede mikroskoper." For at forbedre ledningen, Artur Erbes team sigter mod at inkorporere ledende polymerer mellem guldpartiklerne. Fysikeren mener, at metalliseringsprocessen også stadig kan forbedres.

Han er, imidlertid, generelt tilfreds med resultaterne:"Vi kunne påvise, at de guldbelagte DNA-ledninger leder energi. Vi er faktisk stadig i grundforskningsfasen, Derfor bruger vi guld frem for et mere omkostningseffektivt metal. Vi har, alligevel, gjort et vigtigt skridt, som kunne gøre elektroniske enheder baseret på DNA mulige i fremtiden."