Elektroniktillverkare jagar ständigt efter sätt att göra snabbare, billigare datorchips, ofta genom att sänka produktionskostnaderna eller genom att krympa komponentstorlekar. Nu, forskare rapporterar att DNA, livets genetiska material, kan hjälpa till att uppnå detta mål när det formas till specifika former genom en process som påminner om den gamla konsten att vika papper.

Forskarna presenterar sitt arbete idag vid 251:a National Meeting &Exposition of the American Chemical Society (ACS). ACS, världens största vetenskapliga samhälle, håller mötet här till och med torsdag.

"Vi skulle vilja använda DNA:s mycket små storlek, basparningsfunktioner och förmåga att självmontera, och rikta den för att göra nanoskala strukturer som kan användas för elektronik, "Adam T. Woolley, Ph.D., säger. Han förklarar att de minsta funktionerna på chips som för närvarande produceras av elektroniktillverkare är 14 nanometer breda. Det är mer än 10 gånger större än diametern på enkelsträngat DNA, vilket betyder att detta genetiska material kan utgöra grunden för chips i mindre skala.

"Problemet, dock, är att DNA inte leder elektricitet särskilt bra, "säger han." Så vi använder DNA:t som en byggnadsställning och monterar sedan andra material på DNA:t för att bilda elektronik. "

För att designa datormarker som fungerar liknande dem som Silicon Valley slår ut, Woolley, i samarbete med Robert C. Davis, Ph.D., och John N. Harb, Ph.D., vid Brigham Young University, bygger på andra gruppers tidigare arbete med DNA -origami och DNA -nanofabrikation.

Den mest kända formen av DNA är en dubbel helix, som består av två enkla DNA -strängar. Kompletterande baser på varje strängpar upp för att ansluta de två trådarna, ungefär som steg på en vriden stege. Men för att skapa en DNA origami -struktur, forskare börjar med en lång enda DNA -sträng. Strängen är flexibel och diskett, ungefär som ett skosnöre. Forskare blandar sedan det med många andra korta DNA -strängar - kända som "häftklamrar" - som använder basparning för att dra ihop och tvärbinda flera, specifika segment av den långa strängen för att bilda en önskad form.

Dock, Woolleys team nöjer sig inte med att bara replikera de platta former som vanligtvis används i traditionella tvådimensionella kretsar. "Med två dimensioner, du är begränsad i tätheten av komponenter du kan placera på ett chip, "Woolley förklarar." Om du kan komma åt den tredje dimensionen, du kan packa in mycket fler komponenter. "

Kenneth Lee, en kandidatexamen som arbetar med Woolley, har byggt en 3D, rörformad DNA origami-struktur som sticker upp som en rökstack från underlag, som kisel, som kommer att bilda bottenlagret på deras chip. Lee har experimenterat med att fästa ytterligare korta DNA-strängar för att fästa andra komponenter som guldpartiklar i nanostorlek på specifika platser på insidan av röret. Forskarnas yttersta mål är att placera sådana rör, och andra DNA -origamistrukturer, på särskilda platser på substratet. Teamet skulle också länka strukturernas guld -nanopartiklar med halvledar -nanotrådar för att bilda en krets. I huvudsak, DNA -strukturerna fungerar som dragare för att bygga en integrerad krets.

Lee testar för närvarande egenskaperna hos det rörformiga DNA:t. Han planerar att fästa ytterligare komponenter inuti röret, med det slutliga målet att bilda en halvledare.

Woolley noterar att en konventionell tillverkning av spån kostar mer än 1 miljard dollar, delvis för att den utrustning som är nödvändig för att uppnå de små dimensionerna av chipkomponenter är dyr och för att tillverkningen i flera steg kräver hundratals instrument. I kontrast, en anläggning som utnyttjar DNA:s förmåga till självmontering skulle sannolikt innebära mycket lägre startfinansiering, han påstår. "Naturen arbetar i stor skala, och det är riktigt bra att sätta ihop saker pålitligt och effektivt, "säger han." Om det skulle kunna tillämpas vid tillverkning av kretsar för datorer, det finns potential för enorma kostnadsbesparingar. "