1965-ben az Intel társalapítója, Gordon Moore előrejelzést tett a számítástechnikáról, amely a mai napig is igaz. Moore törvénye, amint ismertté vált, azt jósolta, hogy egy olyan áramköri transzisztorok száma, amelyre képesek lennénk, és ezáltal a számítógépek tényleges feldolgozási sebessége nagyjából kétévente megduplázódik. Figyelemre méltó, hogy ez a szabály közel 50 éve pontos, de a legtöbb szakértő most azt jósolja, hogy ez a növekedés az évtized végére lelassul.
Egy nap azonban a szilícium félvezetők radikális új megközelítése lehetővé teheti ennek a sebességnek a folytatódását - és akár fel is gyorsíthatja. Amint azt a Nemzeti Tudományos Akadémia e hónapban folyó folyóiratában közzétett tanulmány részletezi, a kaliforniai egyetemi kutatócsoport Santa Barbarából és másutt felhasználta az evolúció folyamatát olyan enzimek előállítására, amelyek új félvezető struktúrákat hoznak létre.
"Olyan, mint a természetes szelekció, de itt a mesterséges szelekció" - mondta egy interjúban Daniel Morse, az UCSB emeritus professzora és a tanulmány társszerzője. A tengeri szivacsokban található enzim felvétele és annak különféle formáira történő mutációja után „egymillió mutáns DNS-ből kiválasztottuk az egyiket, amely képes félvezetőt előállítani”.
Egy korábbi tanulmányban Morse és a kutatócsoport többi tagja felfedezte a szilikátot - egy természetes enzimet, amelyet a tengeri szivacsok használnak szilika-csontvázak felépítéséhez. Az ásvány, amint előfordul, egyben a félvezető számítógépes chipek építőkövei is. „Ezután feltettük a kérdést: tudnánk-e genetikai úton megtervezni az enzim szerkezetét más ásványi anyagok és félvezetők előállításához, amelyeket általában az élő szervezetek nem termelnek?” - mondta Morse.
Ennek lehetővé tétele érdekében a kutatók elkülönítették és sok másolatot készítettek a szivacs DNS-ből, amely a sziliként kódolja, majd szándékosan több millió különböző mutációt vezettek be a DNS-be. Véletlenszerűen, ezek közül néhány valószínűleg olyan szilikatin-mutáns formákhoz vezetne, amelyek különböző félvezetőket állítanak elő, nem pedig a szilícium-dioxidot - egy olyan folyamatot, amely tükrözi a természetes szelekciót, bár sokkal rövidebb időtartamon belül, és amelyet az emberi választás irányít, nem pedig a legmegfelelőbb túlélése. .
Az eredeti enzimet tengeri szivacsokból vették, amelyek azt szilícium-dioxid-csontvázak előállításához használják. (Fénykép a Wikimedia Commons / Hannes Grobe segítségével) Ahhoz, hogy kitaláljuk, a szilikát-DNS mely mutáns formái vezetnek a kívánt félvezetőkhöz, a DNS-t egy sejt molekuláris gépein keresztül kell expresszálni. "A probléma az volt, hogy bár a szilícium-dioxid viszonylag ártalmatlan az élő sejtekre, a félvezetők közül néhány, amelyeket el akarunk készíteni, mérgező lesz" - mondta Morse. „Tehát nem használhattuk az élő sejteket - a sejtekhez szintetikus helyettesítőt kellett használni.” A sejtek mesterséges pótlására a csapat apró vízbuborékokat használt, amelyek műanyag gyöngyök körül képződtek. A milliós gyöngyök mindegyikéhez különféle formájú tengeri szivacs-DNS-t kötöttünk, és a vízbe beletettük azokat a vegyszereket, amelyek ahhoz szükségesek, hogy a DNS-t enzimként expresszálják.
Ezután a műanyag gyöngyök „sejtjeit” beoltottuk olajba, amely mesterséges sejtmembránként működött. A gyöngyöket ezután oldatba helyezték, amelybe beletartoztak azok a vegyi anyagok (szilícium és titán), amelyek a mutáns enzimekhez szükségesek ahhoz, hogy félvezető ásványokat építsenek a gyöngyök külső oldalán.
Miután hagytunk egy ideig az enzimeknek ásványi anyagok előállítására, a gyöngyöket egy lézersugáron hajtottuk át egy érzékelő mellett, amely automatikusan észlelhető, amikor a kívánt félvezetők (szilícium-dioxid vagy titán-dioxid) áthaladtak. Ezután a sikeres gyöngyöket - azokat, amelyekben ezek a félvezetők felhalmozódtak a külső oldalukra - nyitva hagyták, hogy a mutáns DNS izolálható legyen, és annak hatása megerősíthető legyen.
A szilícium-dioxid különféle formáit jelenleg használják a számítógépes chipek gyártásához, míg a titán-dioxidot a napelemek gyártásához. Az ilyen anyagok biológiai enzimekkel történő előállítása és az irányított evolúció az első.
Noha ez természetesen nem jelenti azt, hogy a kutatók celláiban kivették a számítógépes chipeket, utal egy új módszerre a félvezetők létrehozására. A kísérletben a mutáns enzimek által készített félvezetőket Morse mondta: „Soha nem állították elő a természetben, és soha nem gyártottak még enzimeket, de jelenleg az iparban használják mindenféle kommunikációra és információfeldolgozásra. „Néhány évvel később az ezzel a módszerrel előállított félvezetők új és speciális formái még szerepet játszhatnak abban, hogy Gordon Moore előrejelzése valóra váljon.
