Elektronicafabrikanten zoeken voortdurend naar manieren om sneller, goedkopere computerchips, vaak door de productiekosten te verlagen of door de afmetingen van componenten te verkleinen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers melden dat DNA, het genetisch materiaal van het leven, kan helpen dit doel te bereiken wanneer het in specifieke vormen wordt gevormd door een proces dat doet denken aan de oude kunst van het vouwen van papier.

De onderzoekers presenteren hun werk vandaag op de 251e National Meeting &Exposition van de American Chemical Society (ACS). ACS, 's werelds grootste wetenschappelijke vereniging, houdt de vergadering hier tot en met donderdag.

"We willen de zeer kleine omvang van DNA gebruiken, base-pairing mogelijkheden en het vermogen om zelf te assembleren, en het sturen om structuren op nanoschaal te maken die kunnen worden gebruikt voor elektronica, "Adam T. Woolley, doctoraat, zegt. Hij legt uit dat de kleinste kenmerken van chips die momenteel door elektronicafabrikanten worden geproduceerd, 14 nanometer breed zijn. Dat is meer dan 10 keer groter dan de diameter van enkelstrengs DNA, wat betekent dat dit genetische materiaal de basis zou kunnen vormen voor kleinere chips.

"Het probleem, echter, is dat DNA elektriciteit niet goed geleidt, "zegt hij. "Dus we gebruiken het DNA als een steiger en assembleren dan andere materialen op het DNA om elektronica te vormen."

Om computerchips te ontwerpen die qua functie vergelijkbaar zijn met de chips die Silicon Valley produceert, Woolley, in samenwerking met Robert C. Davis, doctoraat, en John N. Harb, doctoraat, aan de Brigham Young University, bouwt voort op het eerdere werk van andere groepen op het gebied van DNA-origami en DNA-nanofabricage.

De meest bekende vorm van DNA is een dubbele helix, die uit twee enkele strengen DNA bestaat. Complementaire basen op elk strengpaar om de twee strengen te verbinden, net als sporten op een gedraaide ladder. Maar om een ​​DNA-origamistructuur te creëren, onderzoekers beginnen met een lange enkele streng DNA. De streng is flexibel en slap, een beetje zoals een schoenveter. Wetenschappers mengen het vervolgens met vele andere korte DNA-strengen - bekend als "nietjes" - die basenparen gebruiken om meerdere, specifieke segmenten van de lange streng om een ​​gewenste vorm te vormen.

Echter, Het team van Woolley is niet tevreden met het repliceren van de platte vormen die typisch worden gebruikt in traditionele tweedimensionale circuits. "Met twee dimensies, je bent beperkt in de dichtheid van componenten die je op een chip kunt plaatsen, Woolley legt uit. "Als je toegang hebt tot de derde dimensie, je kunt veel meer componenten inpakken."

Kenneth Lee, een student die met Woolley werkt, heeft een 3D gebouwd, buisvormige DNA-origamistructuur die als een schoorsteen uit substraten steekt, zoals silicium, die de onderste laag van hun chip zullen vormen. Lee heeft geëxperimenteerd met het bevestigen van extra korte DNA-strengen om andere componenten, zoals gouddeeltjes van nanogrootte, op specifieke plaatsen aan de binnenkant van de buis te bevestigen. Het uiteindelijke doel van de onderzoekers is om dergelijke buizen, en andere DNA-origamistructuren, op bepaalde plaatsen op het substraat. Het team zou ook de gouden nanodeeltjes van de structuren verbinden met halfgeleider nanodraden om een ​​circuit te vormen. In essentie, de DNA-structuren dienen als liggers waarop een geïntegreerd circuit kan worden gebouwd.

Lee test momenteel de kenmerken van het buisvormige DNA. Hij is van plan om extra componenten in de buis te bevestigen, met als uiteindelijk doel een halfgeleider te vormen.

Woolley merkt op dat een conventionele chipfabriek meer dan $ 1 miljard kost, gedeeltelijk omdat de apparatuur die nodig is om de minuscule afmetingen van chipcomponenten te bereiken duur is en omdat het meerstaps fabricageproces honderden instrumenten vereist. In tegenstelling tot, een faciliteit die DNA's talent voor zelfassemblage aanwendt, zou waarschijnlijk veel lagere startfinanciering met zich meebrengen, stelt hij. "De natuur werkt op grote schaal, en het is echt goed in het betrouwbaar en efficiënt in elkaar zetten van dingen, "zegt hij. "Als dat zou kunnen worden toegepast bij het maken van circuits voor computers, er is potentieel voor enorme kostenbesparingen."