I 1965 foretog Intel-medstifter Gordon Moore en forudsigelse om computing, der har holdt sandt i dag. Moores lov, som det blev kendt, forudsagde, at antallet af transistorer, vi ville være i stand til at klæbe ind på et kredsløb - og dermed den effektive behandlingshastighed på vores computere - ville fordobles omtrent hvert andet år. Bemærkelsesværdigt nok har denne regel været nøjagtig i næsten 50 år, men de fleste eksperter forudser nu, at denne vækst vil aftage ved udgangen af tiåret.
Imidlertid kan en radikal ny tilgang til oprettelse af siliciumhalvledere muligvis gøre denne hastighed fortsat - og endda kunne fremskynde den. Som detaljeret i en undersøgelse offentliggjort i denne måneds Proceedings of the National Academy of Sciences, har et team af forskere fra University of California i Santa Barbara og andre steder udnyttet udviklingsprocessen til at producere enzymer, der skaber nye halvlederstrukturer.
”Det er som naturligt udvælgelse, men her er det kunstigt udvælgelse, ” sagde Daniel Morse, professor emeritus ved UCSB og en medforfatter til undersøgelsen, i et interview. Efter at have taget et enzym, der findes i marine svampe og muteret det i mange forskellige former, "har vi valgt det ud i en million mutante DNA'er, der er i stand til at fremstille en halvleder."
I en tidligere undersøgelse havde Morse og andre medlemmer af forskerteamet opdaget silikatin - et naturligt enzym, der blev brugt af marine svampe til at konstruere deres silica-skelet. Mineralet fungerer, som det sker, også som byggesten til halvledercomputerchips. ”Vi stillede derefter spørgsmålet - kunne vi genetisk konstruere strukturen af enzymet for at gøre det muligt at fremstille andre mineraler og halvledere, der normalt ikke er produceret af levende organismer?” Sagde Morse.
For at gøre dette muligt isolerede og lavede forskerne mange kopier af den del af svampens DNA, der koder for silikatin, og introducerede derefter med vilje millioner af forskellige mutationer i DNA'et. Tilfældigt vil nogle af disse sandsynligvis føre til mutante former af silikatin, der ville producere forskellige halvledere, snarere end silica - en proces, der spejler naturligt udvælgelse, omend på en meget kortere tidsskala og styret af menneskets valg snarere end overlevelse af de dybteste .
Det originale enzym blev taget fra marine svampe, der bruger det til at fremstille deres silicageletter. (Foto via Wikimedia Commons / Hannes Grobe) For at finde ud af, hvilke muterede former af silikatin-DNA'et ville føre til de ønskede halvledere, måtte DNA'et udtrykkes gennem en celles molekylære maskineri. ”Problemet var, at selvom silica er relativt ufarlig for levende celler, ville nogle af de halvledere, som vi ønsker at fremstille, være giftige, ” sagde Morse. ”Så vi kunne ikke bruge levende celler - vi var nødt til at bruge et syntetisk surrogat til celler.” Som en kunstig erstatning for celler brugte teamet små boble af vand dannet omkring plastikperler. En anden form af den marine svamp-DNA blev bundet til hver af de millioner af perler, og de kemikalier, der var nødvendige for at DNA'et kunne udtrykkes som et enzym, blev inkluderet i vandet.
Dernæst blev plastperlerne "celler" indkapslet i olie, der fungerede som en kunstig cellemembran. Perlerne blev derefter anbragt i en opløsning, der inkluderede de kemikalier (silicium og titan), der var nødvendige for, at de mutante enzymer kunne begynde at bygge halvledermineraler på ydersiden af perlerne.
Efter at have tilladt en tid for enzymerne at udføre arbejdet med at fremstille mineraler, blev perlerne ført gennem en laserstråle ved siden af en sensor, der automatisk blev detekteret, når en af de ønskede halvledere (siliciumdioxid eller titandioxid) passerede. Bagefter blev de vellykkede perler - dem, der havde disse halvledere akkumuleret på deres udvendige sider - brudt åbent, så det mutante DNA kunne isoleres, og dets virkning kunne bekræftes.
Forskellige former for siliciumdioxid bruges i øjeblikket til fremstilling af computerchips, mens titandioxid bruges til fremstilling af solceller. Produktionen af stoffer som disse ved hjælp af biologiske enzymer og målrettet udvikling er en første.
Selvom dette bestemt ikke betyder, at forskerne havde celler, der pumpede computerchips ud, peger det dog på en ny metode til at skabe halvledere. Halvledere fremstillet af de mutante enzymer i eksperimentet, sagde Morse, “er aldrig før blevet produceret i naturen og er aldrig før blevet produceret af et enzym, men de anvendes i øjeblikket i industrien til al slags kommunikation og informationsbehandling. ”Et par år ad gangen kunne nye og specialiserede former for halvledere produceret ved hjælp af denne metode endda spille en rolle i at sikre, at Gordon Moores forudsigelse forbliver sand.
