(PhysOrg.com) -- Met behulp van een concept genaamd DNA-origami, Onderzoekers van de Arizona State University proberen de weg vrij te maken voor de productie van de volgende generaties elektronische producten.

Ze streven naar vooruitgang in nanotechnologie die het mogelijk maakt om kleinere componenten te maken voor consumenten- en industriële elektronica zoals iPods, iPads en soortgelijke apparaten.

Fabrikanten willen de apparaten kleiner en "slimmer" maken. Het probleem is dat dit vereist dat de interne elektrische onderdelen van dergelijke apparaten op een nog kleinere nanometerschaal worden gemaakt, terwijl ook het vermogen van de componenten wordt vergroot om een ​​reeks computertaken uit te voeren, communicatie- en multimediafuncties.

Het kleiner maken van deze componenten zou veel duurder worden met de huidige productiemethode voor micro-elektronische componenten, zoals de centrale verwerkingseenheden (CPU's) van alle computers.

Hongbin Yu en Hao Yan van ASU werken samen om de basis te ontwikkelen voor een nieuwe productiemethode die de kosten laag houdt.

Yu is een assistent-professor aan de School of Electrical, Computer, en energietechniek, een van de Ira A. Fulton Schools of Engineering van ASU. Yan is een professor in de afdeling Scheikunde en Biochemie van ASU's College of Liberal Arts and Sciences.

Details van hun voortgang zijn onlangs gerapporteerd in Nano-letters , een toonaangevend tijdschrift over nanowetenschap en technologie, gepubliceerd door de American Chemical Society. Het nieuws is ook te zien geweest op Chemistry World, een nieuwswebsite over wetenschap en technologie van de Royal Society of Chemistry, de toonaangevende Europese organisatie voor het bevorderen van chemische wetenschappen.

Yu legt uit dat hij en Yan onderzoeken "hoe top-down lithografie te gebruiken in combinatie met gemodificeerde bottom-up zelfassemblerende nanostructuren om de plaatsing van nanostructuren op het siliciumwafeloppervlak te begeleiden."

Top-down lithografie is een proces waarbij elektrische circuitelementen op een siliciumwafel worden geconstrueerd door te snijden en te etsen, op een manier die vergelijkbaar is met hoe sculpturen worden gemaakt. Dit is hoe de huidige computerchips worden vervaardigd.

Bottom-up zelfassemblage is een proces waarbij moleculen en/of materialen op nanoschaal zelf worden geassembleerd tot gewenste structuren met behulp van chemische bindingen of verschillende vergelijkbare interacties.

Yu en Yan hebben een manier ontdekt om DNA te gebruiken om top-down lithografie effectief te combineren met chemische binding door middel van bottom-up zelfassemblage.

Dit omvat een "DNA-origami"-ontwerptechniek die vergelijkbaar is met de traditionele Japanse kunst of techniek om papier in decoratieve of representatieve vormen te vouwen. Hiermee kunnen DNA-strengen worden gevouwen tot iets dat lijkt op een pegboard waarop verschillende moleculen kunnen worden bevestigd.

Door verschillende moleculen aan het DNA te laten hechten, worden kleinere nanostructuurconfiguraties geproduceerd - waardoor de weg wordt geopend voor de constructie van kleinere elektronische apparaatcomponenten.

In het verleden is het moeilijk gebleken om top-down lithografie te combineren met bottom-up zelfassemblage, omdat de DNA-nanostructuren die nodig zijn om dit mogelijk te maken zonder onderscheid zouden binden aan het siliciumplatform (een substraat genoemd) - het materiaal waarop een elektronische schakeling is gefabriceerd.

"Er zijn maar weinig succesvolle demonstraties geweest van hoe je deze bottom-up geassembleerde nanostructuren op het oppervlak van het substraat kunt plaatsen waar je ze wilt hebben, Yu legt uit, “omdat je deze apparaten niet zomaar kunt laten draaien, je moet weten waar je wat aan moet sluiten.”

Het probleem oplossen, Yu's onderzoeksteam prefabriceerde een gouden "nano-eiland" op specifieke locaties op een siliciumsubstraat, vervolgens de DNA-origami aangebracht die specifieke chemische uiteinden heeft die alleen aan het gouden eiland hechten en niet aan de siliciumwafel. Hierdoor kunnen de DNA-nanobuisjes zich alleen aan de eilanden hechten.

Het werk toont aan dat het mogelijk is dat een dubbele DNA-helix kan worden gebruikt om eendimensionale en tweedimensionale structuren te bouwen om de fabricage van kleinere elektronische geheugenapparaten mogelijk te maken - tegen een kostprijs die veel lager zou zijn dan de huidige productiemethoden.

Er is meer vooruitgang nodig, zegt Yu.

"Met deze demonstratie waren we in staat om patronen op het oppervlak te bouwen die alleen uit eendimensionale DNA-nanobuisjes bestaan, maar ons onderzoek toont aan dat het mogelijk is om tweedimensionale en zelfs meer geavanceerde structuren te produceren die essentiële bouwstenen zijn voor elektronische schakelingen op nanoschaal, ' Zegt Yu. “Dit is dus nog maar het begin van vele fascinerende mogelijkheden die gerealiseerd moeten worden.”