Kleiner dan het aids-virus - dat is momenteel de omtrek van de kleinste transistors. De industrie heeft de centrale elementen van hun computerchips de afgelopen zestig jaar teruggebracht tot veertien nanometer. Conventionele methoden, echter, raken fysieke grenzen. Onderzoekers over de hele wereld zoeken naar alternatieven. Een methode zou de zelforganisatie van complexe componenten uit moleculen en atomen kunnen zijn. Wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) en Paderborn University hebben nu een belangrijke stap vooruit gezet:de natuurkundigen voerden een stroom door vergulde nanodraden, die zich onafhankelijk van elkaar uit enkele DNA-strengen assembleerden. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Langmuir .

Op het eerste gezicht, het lijkt op wormachtige lijnen voor een zwarte achtergrond. Maar wat de elektronenmicroscoop van dichtbij laat zien, is dat de structuren ter grootte van een nanometer twee elektrische contacten verbinden. Dr. Artur Erbe van het Institute of Ion Beam Physics and Materials Research is blij met wat hij ziet. "Onze metingen hebben aangetoond dat er een elektrische stroom wordt geleid door deze kleine draadjes." Dit is niet noodzakelijk vanzelfsprekend, benadrukt de fysicus. We zijn, ten slotte, omgaan met componenten gemaakt van gemodificeerd DNA. Om de nanodraden te produceren, de onderzoekers combineerden een lange enkele streng genetisch materiaal met kortere DNA-segmenten door de basenparen om een ​​stabiele dubbele streng te vormen. Met behulp van deze methode, de structuren nemen zelfstandig de gewenste vorm aan.

“Met behulp van deze aanpak die lijkt op de Japanse papiervouwtechniek origami en daarom DNA-origami wordt genoemd, we kunnen kleine patronen maken, ", legt de HZDR-onderzoeker uit. "Ook hier zijn extreem kleine circuits van moleculen en atomen denkbaar." die wetenschappers de "bottom-up"-methode noemen, heeft als doel de conventionele productie van elektronische componenten op zijn kop te zetten. "De industrie maakt tot nu toe gebruik van de zogenaamde 'top-down'-methode. Grote porties worden van het basismateriaal weggesneden totdat de gewenste structuur is bereikt. Door de voortgaande miniaturisering is dat straks niet meer mogelijk." De nieuwe benadering is daarentegen gericht op de natuur:moleculen die via zelfassemblageprocessen complexe structuren ontwikkelen.

Gouden bruggen tussen elektroden

De elementen die daarbij ontstaan ​​zouden aanzienlijk kleiner zijn dan de kleinste computerchipcomponenten van vandaag. Kleinere circuits zouden theoretisch met minder inspanning kunnen worden geproduceerd. Er is, echter, een probleem:"Genetische materie geleidt een stroom niet bijzonder goed, ", merkt Erbe op. Hij en zijn collega's hebben daarom met chemische bindingen vergulde nanodeeltjes op de DNA-draden geplaatst. Met behulp van een "top-down"-methode - elektronenstraallithografie - maken ze vervolgens elektronisch contact met de afzonderlijke draden. "Deze verbinding tussen de aanzienlijk grotere elektroden en de afzonderlijke DNA-structuren zijn tot nu toe op technische problemen gestuit. Door de twee methoden te combineren, we kunnen dit probleem oplossen. Zo konden we voor het eerst heel precies het ladingstransport door afzonderlijke draden bepalen, ", voegt Erbe toe.

Zoals de tests van de onderzoekers van Dresden hebben aangetoond, een stroom wordt feitelijk door de vergulde draden geleid - het is, echter, afhankelijk van de omgevingstemperatuur. "Het ladingstransport wordt tegelijkertijd verminderd als de temperatuur daalt, " beschrijft Erbe. "Bij normale kamertemperatuur, de draden werken goed, zelfs als de elektronen gedeeltelijk van het ene gouddeeltje naar het andere moeten springen omdat ze niet volledig samengesmolten zijn. De afstand, echter, is zo klein dat het op dit moment niet eens opduikt met de meest geavanceerde microscopen." Om de geleiding te verbeteren, Het team van Artur Erbe wil geleidende polymeren opnemen tussen de gouddeeltjes. Ook het metallisatieproces kan volgens de natuurkundige nog verbeterd worden.

Hij is, echter, over het algemeen tevreden met de resultaten:"We konden aantonen dat de vergulde DNA-draden energie geleiden. We zitten eigenlijk nog in de basisonderzoeksfase, daarom gebruiken we goud in plaats van een kostenefficiënter metaal. Wij hebben, hoe dan ook, een belangrijke stap gezet, die in de toekomst elektronische apparaten op basis van DNA mogelijk zouden kunnen maken."