(PhysOrg.com) - På en enda dag, en ensam student på en laboratoriebänk kan producera mer enkla logikkretsar än världens hela produktion av kiselchips på en månad.

Så säger en Duke University -ingenjör, som tror att nästa generation av dessa logikkretsar i hjärtat av datorer kommer att produceras billigt i nästan obegränsade mängder. Hemligheten är att istället för kiselchips som fungerar som plattform för elektriska kretsar, datoringenjörer kommer att dra nytta av DNA:s unika egenskaper, den dubbla helixbäraren av all livets information.

I hans senaste uppsättning experiment, Chris Dwyer, biträdande professor i el- och datorteknik vid Duke's Pratt School of Engineering, visat att genom att helt enkelt blanda anpassade utdrag av DNA och andra molekyler, han kunde bokstavligen skapa miljarder identiska, mycket liten, våffelskådande strukturer.

Dwyer har visat att dessa nanostrukturer effektivt kommer att självmonteras, och när olika ljuskänsliga molekyler tillsätts till blandningen, våfflorna uppvisar unika och "programmerbara" egenskaper som lätt kan knackas på. Med hjälp av ljus för att excitera dessa molekyler, känd som kromoforer, han kan skapa enkla logikportar, eller växlar.

Dessa nanostrukturer kan sedan användas som byggstenar för en mängd olika applikationer, allt från biomedicin till beräkning.

"När ljuset lyser på kromoforerna, de absorberar det, spännande elektronerna, "Sade Dwyer." Den frigjorda energin passerar till en annan typ av kromofor i närheten som absorberar energin och sedan avger ljus med en annan våglängd. Den skillnaden innebär att detta utgångsljus enkelt kan särskiljas från ingångsljuset, med en detektor. "

Istället för konventionella kretsar som använder elektrisk ström för att snabbt växla mellan nollor eller enor, eller till ja och nej, ljus kan användas för att stimulera liknande svar från de DNA -baserade switcharna - och mycket snabbare.

"Detta är den första demonstrationen av en så aktiv och snabb bearbetnings- och avkänningskapacitet på molekylär nivå, "Sade Dwyer. Resultaten av hans experiment publicerades online i tidningen Små . "Konventionell teknik har nått sina fysiska gränser. Möjligheten att billigt producera praktiskt taget obegränsade leveranser av dessa små kretsar verkar för mig vara nästa logiska steg."

DNA är en väl förstådd molekyl som består av par av komplementära nukleotidbaser som har en affinitet för varandra. Anpassade DNA -utdrag kan billigt syntetiseras genom att sätta paren i valfri ordning. I deras experiment, forskarna utnyttjade DNA:s naturliga förmåga att fastna på motsvarande och specifika områden av andra DNA -utdrag.

Dwyer använde en pusselanalogi för att beskriva processen för vad som händer när alla våffelingredienser blandas ihop i en behållare.

"Det är som att ta pusselbitar, kasta dem i en låda och när du skakar lådan, bitarna hittar gradvis sina grannar för att bilda pusslet, "sa han." Det vi gjorde var att ta miljarder av dessa pusselbitar, slänga ihop dem, att skapa miljarder kopior av samma pussel. "

I de nuvarande experimenten, våffelpusslet hade 16 bitar, med kromoforerna placerade ovanpå våffelns åsar. Mer komplexa kretsar kan skapas genom att bygga strukturer som består av många av dessa små komponenter, eller genom att bygga större våfflor. Möjligheterna är obegränsade, Sa Dwyer.

Förutom deras användning i datorer, Dwyer sa att eftersom dessa nanostrukturer i grunden är sensorer, många biomedicinska tillämpningar är möjliga. Små nanostrukturer kan byggas som kan svara på olika proteiner som är markörer för sjukdom i en enda droppe blod.