DNA irroittaa elektroniikan tasopinnoilta

Columbia Engineeringin tutkijat ovat ensimmäistä kertaa käyttäneet DNA:ta auttamaan luomaan elektronisesti toimivia 3D-rakenteita, joissa on nanometrin kokoisia ominaisuuksia.

"2D:stä 3D:hen siirtyminen voi lisätä dramaattisesti elektroniikan tiheyttä ja laskentatehoa", sanoi vastaava kirjoittaja Oleg Gang, kemiantekniikan sekä soveltavan fysiikan ja materiaalitieteen professori Columbia Engineeringissä.

Uusi valmistustekniikka voisi myös edistää jatkuvaa pyrkimystä kehittää tekoälyjärjestelmiä, jotka on suoraan inspiroitu luonnollisesta älykkyydestä.

"3D-elektroniikkaarkkitehtuurit, jotka jäljittelevät aivojen luonnollista 3D-rakennetta, voivat osoittautua huomattavasti tehokkaammiksi ajamaan aivoja jäljitteleviä tekoälyjärjestelmiä kuin nykyiset 2D-arkkitehtuurit", Gang sanoi.

Nykyiset elektroniikan valmistustekniikat ovat luonteeltaan ylhäältä alaspäin suuntautuvia. Nämä menetelmät ovat kohdanneet ongelmia 3D-laitteiden valmistuksessa, kun on kyse monimutkaisten rakenteiden luomisesta ja kustannustehokkuudesta.

Käsitteellisesti erilainen tapa rakentaa 3D-järjestelmä on alhaalta ylöspäin, jossa monet komponentit koostuvat itsestään monimutkaisiksi rakenteiksi.

Nyt Columbia Engineeringin tutkijat ovat kehittäneet uuden biologisesti inspiroidun, skaalautuvan nanovalmistustekniikan, joka yhdistää alhaalta ylös- ja ylhäältä alas -lähestymistavat 3D-DNA-superhilojen selektiiviseen kasvattamiseen kultamikrosiruissa.

Uudessa tutkimuksessa työn ensimmäinen kirjoittaja Aaron Michelson, Brookhaven National Laboratorystä asetti kullan neliöitä pinnalle, johon he voivat kiinnittää lyhyitä DNA-paloja.

"Nämä kultaryhmät ankkuroiduilla DNA-säikeillä edistävät 3D-DNA-rakneteiden kasvua tietyillä alueilla halutuissa kuvioissa ja suuntauksissa, mikä antaa meille sitten mahdollisuuden muodostaa ja integroida tämä DNA:t elektroniseen kiekkoon", Gang sanoi.

Yhteistyössä Minnesotan yliopiston professori Vald Pribiagin ryhmän kanssa tutkijat pinnoittivat seuraavaksi DNA-rakenteet piioksidilla, sitoivat ne puolijohdetinaoksidilla ja liittivät elektrodit kuhunkin rakenteeseen. Tuloksena on valoantureita, jotka reagoivat sähköisesti, kun niitä valaistaan.

"Olemme osoittaneet, että voimme paitsi luoda 3D-rakenteita DNA:sta, myös integroida ne mikrosiruihin osana elektronisten laitteiden valmistusprosessia", Gang sanoi. "Voimme sijoittaa tuhansia näitä rakenteita tiettyihin paikkoihin piikiekkoihin skaalautuvalla tavalla. Tämä osoittaa, että voimme muuttaa radikaalisti tapaa, jolla valmistamme monimutkaisia 3D-elektroniikkalaitteita."

Aiheesta aiemmin:

DNA ohjaa kokoamaan nanorobotiikan rakenteita

DNA laskee ja tallentaa

DNA:n satunnaisuutta ja järjestyksellisyyttä hyödyntäen