1965. aastal tegi Inteli kaasasutaja Gordon Moore ennustuse andmetöötluse kohta, mis on tänaseni püsinud. Moore'i seadus ennustas juba teada, et transistorite arv, mida me suudame vooluahelale kinnistada, ja seega meie arvutite efektiivne töötlemiskiirus kahekordistub umbes iga kahe aasta tagant. On tähelepanuväärne, et see reegel on olnud täpne juba ligi 50 aastat, kuid enamus eksperte ennustab nüüd, et see kasv aeglustub kümnendi lõpuks.
Ühel päeval võib radikaalne uus lähenemisviis räni pooljuhtide loomiseks võimaldada selle kiiruse jätkumist ja isegi kiirendada. Nagu selgub selle kuu ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences avaldatud uuringust, on Santa Barbaras ja mujal asuvas California ülikooli teadlaste meeskond evolutsiooniprotsessi rakendanud, et toota ensüüme, mis loovad uudseid pooljuhtide struktuure.
"See on nagu looduslik valik, kuid siin on see kunstlik valik, " ütles intervjuus UCSB emeriitprofessor ja uuringu kaasautor Daniel Morse. Pärast merekäsnadest leitud ensüümi võtmist ja selle mitmesugusteks vormideks muteerimist oleme "valinud miljonist mutantsest DNA-st ühe, mis on võimeline valmistama pooljuhti."
Ühes varasemas uuringus olid Morse ja teised uurimisrühma liikmed avastanud silikatiini - loodusliku ensüümi, mida merekäsnad kasutasid oma ränidioksiidi luustike ehitamiseks. Mineraal, nagu see juhtub, on ka pooljuhtide arvutikiipide ehitusplokk. “Esitasime seejärel küsimuse: kas me saaksime ensüümi struktuuri geneetiliselt muundada, et oleks võimalik toota muid mineraale ja pooljuhte, mida tavaliselt ei ela elusorganismid?” Rääkis Morse.
Selle võimaldamiseks isoleerisid teadlased ja tegid palju koopiaid käsna DNA osast, mis kodeerib silikatiini, seejärel viidi DNA-sse tahtlikult miljoneid erinevaid mutatsioone. Juhuslikult võivad mõned neist viia silikaadiumi mutantsete vormideni, mis tekitaksid ränidioksiidi asemel erinevaid pooljuhte - protsess, mis peegeldab looduslikku valikut, ehkki palju lühema aja jooksul ja mille juhib inimese valik, mitte aga kõige tugevama ellujäämine. .
Algne ensüüm võeti merekäsnadest, kes kasutavad seda oma ränidioksiidi luustike valmistamiseks. (Foto Wikimedia Commonsi / Hannes Grobe kaudu) Et teada saada, millised silikaadi DNA muteerunud vormid viivad soovitud pooljuhtideni, oli vaja DNA ekspresseerida raku molekulaarse mehhanismi kaudu. "Probleem oli selles, et kuigi ränidioksiid on elusrakkudele suhteliselt kahjutu, on mõned pooljuhid, mida tahame toota, mürgised, " ütles Morse. “Nii et me ei saanud elusaid rakke kasutada - pidime rakkude jaoks kasutama sünteetilist asendusmaterjali.” Rakkude kunstliku asendajana kasutas meeskond plasthelmeste ümber tekkinud pisikesi veemulle. Miljonite helmeste külge kinnitati merikäsna DNA erinev vorm ja vette lisati kemikaalid, mis olid vajalikud DNA ensüümi ekspresseerimiseks.
Järgmisena kaeti plasthelmeste "rakud" õliga, mis toimis kunstliku rakumembraanina. Seejärel pandi helmed lahusesse, mis sisaldas kemikaale (räni ja titaan), mida mutantsed ensüümid vajavad pooljuhtide mineraalide ehitamiseks helmeste välisküljele.
Pärast seda, kui ensüümidel oli aega mineraalide valmistamiseks teha, lasti helmed läbi laserkiire anduri kõrval, mis tuvastati automaatselt, kui üks soovitud pooljuhte (ränidioksiid või titaandioksiid) läbis. Seejärel purustati edukad helmed - need, mille pooljuhid olid nende väliskülgedele kogunenud - lahti, et mutantset DNA-d saaks eraldada ja selle mõju kinnitada.
Arvutikiipide tootmisel kasutatakse praegu ränidioksiidi erinevaid vorme, päikeseelementide tootmisel aga titaandioksiidi. Esimene on selliste ainete tootmine bioloogiliste ensüümide abil ja suunatud evolutsioon.
Kuigi see ei tähenda kindlasti seda, et teadlastel oleks rakud arvutikiipide väljapumpamiseks, osutab see siiski uuele pooljuhtide loomise meetodile. Poolseid juhte, mille eksperimendi käigus valmistati mutantsete ensüümide järgi, ütles Morse, “looduses pole kunagi varem toodetud ega ensüümi poolt kunagi varem toodetud, kuid neid kasutatakse praegu tööstuses igasugusteks kommunikatsioonideks ja infotöötlusteks. ”Mõni aasta pärast võiksid selle meetodi abil toodetud uued ja spetsialiseeritud pooljuhtide vormid mängida isegi rolli Gordon Moore'i ennustuse tõesuse tagamisel.
