Leta 1965 je soustanovitelj Intela Gordon Moore napovedal računalništvo, ki velja do danes. Mooreov zakon, kot je znano, je napovedoval, da se bo število tranzistorjev, ki jih bomo lahko naleteli na vezje - in s tem učinkovita hitrost obdelave naših računalnikov - približno podvojilo vsaki dve leti. Presenetljivo je, da je to pravilo natančno že skoraj 50 let, vendar večina strokovnjakov zdaj napoveduje, da se bo ta rast upočasnila do konca desetletja.
Nekega dne pa bi lahko radikalni nov pristop k ustvarjanju silicijevih polprevodnikov omogočil nadaljevanje te hitrosti in jo lahko celo pospešil. Kot je podrobno opisano v študiji, objavljeni v mesečnem zborniku Nacionalne akademije znanosti, je skupina raziskovalcev iz kalifornijske univerze v Santa Barbari in drugod izkoristila proces evolucije, da bi ustvarila encime, ki ustvarjajo nove polprevodniške strukture.
"To je kot naravna selekcija, ampak tu gre za umetno selekcijo, " je v intervjuju povedal Daniel Morse, profesor emeritus na UCSB in soavtor študije. Po zaužitju encima, ki ga najdemo v morskih spužvah, in mutiranju v različne oblike, "smo izbrali eno na milijon mutiranih DNK, ki je sposobna narediti polprevodnik."
V prejšnji raziskavi so Morse in drugi člani raziskovalne skupine odkrili silikatin - naravni encim, ki ga morske spužve uporabljajo za izdelavo okostja kremena. Mineral, kot se zgodi, služi tudi kot gradnik polprevodniških računalniških čipov. "Nato smo si zastavili vprašanje - ali lahko genetsko inženirimo strukturo encima, da bi omogočili proizvodnjo drugih mineralov in polprevodnikov, ki jih živi organizmi običajno ne proizvajajo?" Je dejal Morse.
Da bi to omogočili, so raziskovalci izolirali in naredili veliko kopij dela gobčeve DNK, ki kodira silikatin, nato pa namerno vnesli na milijone različnih mutacij v DNK. Po naključju bi nekatere od teh verjetno privedle do mutantnih oblik silikatina, ki bi ustvarile različne polprevodnike, ne pa kremena - postopek, ki zrcali naravno selekcijo, čeprav v veliko krajšem časovnem merilu in usmerjen s človeško izbiro, ne pa preživetjem najmočnejših .
Prvotni encim so vzeli iz morskih spužvic, ki jih uporabljajo za izdelavo okostja kremena. (Fotografija preko Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Da bi ugotovili, katere mutirane oblike silikatinske DNK bi pripeljale do želenih polprevodnikov, je treba DNK izraziti z molekularno mehanizacijo celice. "Težava je bila v tem, da so, čeprav je silicijev dioksid že relativno neškodljiv za žive celice, nekateri polprevodniki, ki jih želimo izdelati, strupeni, " je dejal Morse. "Tako nismo mogli uporabiti živih celic - morali smo uporabiti sintetični nadomestek za celice." Kot umetno nadomestilo za celice je ekipa uporabila drobne mehurčke vode, oblikovane okoli plastičnih kroglic. Vsakemu od milijonov kroglic je bila pritrjena drugačna oblika morske gobice, v vodo pa so bile vključene kemikalije, potrebne za izražanje DNK kot encimov.
Nato so bile v olje zaprte plastične kroglice, ki so delovale kot umetna celična membrana. Kroglice so bile nato dane v raztopino, ki je vsebovala kemikalije (silicij in titan), potrebne za mutantne encime za začetek gradnje polprevodniških mineralov na zunanji strani kroglic.
Potem ko so encimi nekaj časa opravljali delo pri pridobivanju mineralov, so bile kroglice speljane skozi laserski žarek, poleg senzorja, ki je samodejno zaznal, ko je šel skozi katerega od želenih polprevodnikov (silicijev dioksid ali titanov dioksid). Potem so bili uspešni kroglici - tisti, ki so imeli te polprevodnike, nakopičene na njihovih zunanjih straneh - razprti, da bi lahko mutirano DNA izolirali in njen učinek lahko potrdili.
Različne oblike silicijevega dioksida se trenutno uporabljajo pri proizvodnji računalniških čipov, titanov dioksid pa se uporablja pri proizvodnji sončnih celic. Prva je proizvodnja takšnih snovi z uporabo bioloških encimov in usmerjene evolucije.
Čeprav to zagotovo ne pomeni, da so raziskovalci imeli celice, ki izčrpavajo računalniške čipe, to vseeno kaže na nov način ustvarjanja polprevodnikov. Morse je povedal, da polprevodniki, ki so jih v poskusu ustvarili mutantni encimi, "še nikoli niso bili proizvedeni v naravi in še nikoli niso bili proizvedeni z encimom, vendar jih trenutno uporabljajo v industriji za vse vrste komunikacij in obdelave informacij. "Čez nekaj let lahko nove in specializirane oblike polprevodnikov, izdelanih s to metodo, celo igrajo vlogo pri zagotavljanju, da napovedi Gordona Moora ostanejo resnične.
