Vuonna 1965 Intelin perustaja Gordon Moore esitti tietotekniikan ennusteen, joka on pitänyt paikkansa tänäkin päivänä. Mooren laki ennusti, kuten tuli tiedossa, että transistorien lukumäärä, jonka pystymme purkamaan piiriin - ja siten tietokoneidemme tehokas käsittelynopeus - kaksinkertaistuu suunnilleen kahden vuoden välein. Merkille pantavaa, tämä sääntö on ollut tarkka jo lähes 50 vuotta, mutta useimmat asiantuntijat ennustavat nyt, että kasvu hidastuu vuosikymmenen loppuun mennessä.
Jonain päivänä radikaali uusi lähestymistapa pii-puolijohteiden luomiseen saattaa kuitenkin mahdollistaa tämän nopeuden jatkumisen - ja jopa nopeuttaa sitä. Kuten tämän kuukauden julkaisussa Publication of the National Academy of Sciences julkaistiin, tutkijaryhmä Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta ja muualta on valjastettu evoluutioprosessin tuottamaan entsyymejä, jotka luovat uusia puolijohderakenteita.
"Se on kuin luonnollinen valinta, mutta tässä se on keinotekoinen valinta", Daniel Morse, UCSB: n emeritusprofessori ja tutkimuksen yksi kirjoittaja, sanoi haastattelussa. Otettuaan merisienistä löydetyn entsyymin ja mutatoimalla se moniin eri muodoihin, "olemme valinneet yhden miljoonasta mutanttisesta DNA: sta, jotka pystyvät valmistamaan puolijohteen".
Aikaisemmassa tutkimuksessa Morse ja muut tutkimusryhmän jäsenet olivat löytäneet silikatiinin - luonnollisen entsyymin, jota merisienet käyttivät piidioksidirunkojensa rakentamiseen. Mineraali, kuten se tapahtuu, toimii myös puolijohteiden tietokonepiirien rakennuspalikkana. ”Kysyimme sitten kysymyksen - voisimmeko geenitekniikalla kehittää entsyymin rakenteen voidakseen tuottaa muita mineraaleja ja puolijohteita, joita elävät organismit eivät yleensä tuottaa?” Morse sanoi.
Tämän mahdollistamiseksi tutkijat eristivät ja tekivät useita kopioita sienen DNA: n osasta, joka koodaa silikatiinia, toi sitten tahallisesti miljoonia erilaisia mutaatioita DNA: hon. Satunnaisesti jotkut näistä johtaisivat todennäköisesti silikatiinin mutanttimuotoihin, jotka tuottaisivat erilaisia puolijohteita piidioksidin sijasta - prosessin, joka heijastaa luonnollista valintaa, vaikkakin paljon lyhyemmässä ajassa, ja jota ihmisen valinta ohjaa mieluummin kuin heikomman selviytymisen. .
Alkuperäinen entsyymi otettiin merisienistä, jotka käyttivät sitä piidioksidirunkojensa valmistukseen. (Kuva Wikimedia Commonsin / Hannes Groben kautta) Jotta voitaisiin selvittää, mitkä silikaatti-DNA: n mutatoituneet muodot johtaisivat haluttuihin puolijohteisiin, DNA piti ekspressoida solun molekyylikoneiston kautta. "Ongelmana oli, että vaikka piidioksidi on suhteellisen vaaraton eläville soluille, jotkut puolijohteista, joita haluamme tuottaa, olisivat myrkyllisiä", Morse sanoi. ”Joten emme voineet käyttää eläviä soluja - jouduimme käyttämään synteettistä korvike soluille.” Solujen keinotekoisena korvaamiseksi joukkue käytti pieniä vesikuplia muovihelmien ympärille. Jokaiseen miljoonasta helmistä kiinnitettiin erilainen merisieni-DNA: n muoto, ja veteen sisällytettiin kemikaaleja, jotka tarvittavat DNA: n ekspressoimiseksi entsyyminä.
Seuraavaksi muovihelmi “solut” koteloitiin öljyyn, joka toimi keinotekoisena solukalvona. Helmet laitettiin sitten liuokseen, joka sisälsi kemikaaleja (piitä ja titaania), joita mutanttientsyymit tarvitsivat puolijohdemineraalien rakentamisen aloittamiseksi helmien ulkopuolelle.
Sen jälkeen kun entsyymeillä oli ollut jonkin aikaa tehdä mineraaleja valmistettavia töitä, helmet johdettiin lasersäteen läpi anturin viereen, joka havaittiin automaattisesti, kun jompikumpi toivotuista puolijohteista (piidioksidi tai titaanidioksidi) läpäisi. Myöhemmin onnistuneet helmet - ne, joissa nämä puolijohteet olivat kertyneet ulkopuolelle - avattiin, jotta mutantti-DNA voidaan eristää ja sen vaikutus voidaan vahvistaa.
Tietokonepiirien tuotannossa käytetään nykyisin erilaisia piidioksidimuotoja, kun taas titaanidioksidia käytetään aurinkokennojen valmistukseen. Näiden kaltaisten aineiden tuotanto biologisia entsyymejä käyttämällä ja suunnattu evoluutio on ensimmäinen.
Vaikka tämä ei todellakaan tarkoita, että tutkijoilla oli soluja pumppaamassa tietokonepiirejä, se viittaa uuteen menetelmään puolijohteiden luomiseksi. Morse-entsyymien kokeessa valmistamia puolijohteita, Morse sanoi, "ei ole koskaan aikaisemmin tuotettu luonnossa, eikä niitä ole koskaan aikaisemmin tuotettu entsyymin avulla, mutta niitä käytetään tällä hetkellä teollisuudessa kaikenlaiseen viestintään ja tietojen käsittelyyn. ”Muutaman vuoden matkalla tällä menetelmällä valmistetut uudet ja erikoistuneet puolijohteiden muodot saattavat jopa auttaa varmistamaan, että Gordon Mooren ennuste pysyy paikkansa.
