Eftersom kontinuerlig miniatyrisering inom mikroelektronik redan börjar nå de fysiska gränserna, forskare letar efter nya metoder för tillverkning av enheter. En lovande kandidat är DNA-origamitekniken där enskilda strängar av biomolekylen självmonteras till godtyckligt formade nanostrukturer. Bildandet av hela kretsar, dock, kräver en kontrollerad positionering av dessa DNA-strukturer på en yta – något som tidigare bara varit möjligt med mycket utarbetade tekniker. Nu, forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) har kommit fram till en enklare strategi som kombinerar DNA-origami med självorganiserad mönsterbildning. Forskarnas metod presenteras i den vetenskapliga tidskriften Nanoskala aktuellt nummer.

Dr Adrian Keller från HZDR Institute of Ion Beam Physics and Materials Research beskriver den nya metoden:"Dess skönhet ligger i det faktum att vi tillåter naturen att helt enkelt gå sin gång så snart vi har skapat den nödvändiga ramen." I DNA-origamitekniken, DNA-strukturerna sätts ihop av sig själv när långa strängar av biomolekylen vikas till komplex, fördefinierade nanoskaliga former genom att paras ihop med flera mindre DNA-strängar. Fysikerna använde tekniken för att producera små rör med längder på 412 nanometer och diametrar på sex nanometer. Dessa strukturer kan användas som ställningar för tillverkning av nanoelektroniska komponenter som nanotrådar.

För att rikta in dessa nanorör på ytan, forskarna utgick från en princip om självorganisering som faktiskt är ganska vanlig i naturen. Vinden kan till exempel bilda ordnade mönster på en sandstrand. "Liknande processer pågår här, " förklarar Keller. "Vi bestrålar ytan som vi vill placera nanostrukturerna på - i vårt fall, kiselskivorna - med joner. Detta resulterar i det spontana uppkomsten av ordnade nanomönster som liknar miniatyrsanddyner. Vid det tillfället, vårt jobb är i stort sett gjort eftersom naturliga processer tar över och gör allt arbete."

Genom elektrostatiska interaktioner mellan de laddade DNA-nanostrukturerna och den laddade ytan, nanorören anpassar sig i sanddynernas dalar. Keller säger:"Denna teknik fungerar så bra att inte bara de små rören följer de vågiga mönstren, de replikerar till och med enstaka mönsterdefekter. Detta innebär att den här tekniken också bör möjliggöra produktion av böjda nanokomponenter." Den maximala graden av inriktning som Dresden-forskarna kunde få var vid en våglängd på 30 nanometer. "Det är sant, vi tittar bara på en total avkastning på 70 procent av nanorör som perfekt följer mönstret, " medger Keller. "Men det är fortfarande imponerande med tanke på den naturliga process vi använde."

Eftersom till skillnad från tidigare tillvägagångssätt, enligt Keller, den nya tekniken är snabb, billig, och enkelt. "Tills nu, vi var tvungna att använda litografiska tekniker och behandla ytan med kemikalier för att anpassa DNA-nanostrukturerna. Även om detta ger det önskade resultatet, det komplicerar ändå processerna. Vår nya teknik erbjuder ett mycket enklare alternativ." Eftersom inriktningen av de små rören uteslutande är baserad på elektrostatisk interaktion med den förstrukturerade ytan, med denna speciella metod kan nanorören också ordnas i mer komplexa arrayer såsom elektroniska kretsar. Keller är övertygad om att de kan fästas på individuella transistorer, till exempel, och anslut dem elektriskt:"På detta sätt, DNA-baserade nanokomponenter skulle kunna integreras i tekniska enheter och bidra till ytterligare miniatyrisering."