V roce 1965 vytvořil spoluzakladatel Intel Gordon Moore předpovědi o počítačích, které platí dodnes. Mooreův zákon, jak vyšlo najevo, předpovídal, že počet tranzistorů, které bychom mohli napěchovat na obvod - a tím i efektivní rychlost zpracování našich počítačů - by se každé dva roky zhruba zdvojnásobil. Je pozoruhodné, že toto pravidlo bylo přesné téměř 50 let, ale většina odborníků nyní předpovídá, že tento růst se do konce desetiletí zpomalí.
Jednoho dne však může radikální nový přístup k vytváření křemíkových polovodičů umožnit tuto rychlost pokračovat - a dokonce ji může urychlit. Jak je podrobně popsáno ve studii zveřejněné v tomto měsíčním sborníku Národní akademie věd, tým vědců z University of California v Santa Barbara a jinde využil proces evoluce k produkci enzymů, které vytvářejí nové polovodičové struktury.
"Je to jako přirozený výběr, ale tady je to umělý výběr, " uvedl v rozhovoru Daniel Morse, emeritní profesor na UCSB a spoluautor studie. Poté, co jsme vzali enzym nalezený v mořských houbách a mutovali ho v mnoha různých podobách, „vybrali jsme jednu z milionu mutantních DNA schopných vyrobit polovodič.“
V dřívější studii Morse a další členové výzkumného týmu objevili silikát - přírodní enzym používaný mořskými houbami pro konstrukci jejich koster siliky. Minerál, jak se to stane, také slouží jako stavební blok polovodičových počítačových čipů. "Potom jsme položili otázku - mohli bychom geneticky upravit strukturu enzymu, aby bylo možné produkovat další minerály a polovodiče, které normálně nevyrábějí živé organismy?" Řekla Morse.
Aby to bylo možné, vědci izolovali a vytvořili mnoho kopií části DNA houby, která kóduje silikát, poté úmyslně zavedly do DNA miliony různých mutací. Některé z nich by náhodou vedly k mutantním formám silikátu, které by produkovaly různé polovodiče, spíše než oxid křemičitý - proces, který odráží přirozený výběr, i když v mnohem kratším časovém měřítku a namísto přežití nejvhodnějšího, .
Původní enzym byl odebrán z mořských houb, které jej používaly k výrobě koster siliky. (Fotografie přes Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Aby bylo možné zjistit, které mutované formy křemičitanové DNA povedou k požadovaným polovodičům, musí být DNA exprimována prostřednictvím molekulárního mechanismu buňky. "Problém byl v tom, že ačkoli je oxid křemičitý relativně neškodný pro živé buňky, některé polovodiče, které chceme vyrábět, by byly toxické, " řekla Morse. "Nemohli jsme tedy použít živé buňky - museli jsme použít buněčné syntetické náhražky." Jako umělou náhradu buněk použil tým malé bublinky vody vytvořené kolem plastových kuliček. Ke každé z miliónů kuliček byla připojena jiná forma DNA mořské houby a do vody byly zahrnuty chemikálie nezbytné pro expresi DNA jako enzymu.
Dále byly „buňky“ z plastových kuliček obaleny olejem, který fungoval jako umělá buněčná membrána. Kuličky byly poté vloženy do roztoku, který obsahoval chemikálie (křemík a titan) potřebné k tomu, aby mutantní enzymy začaly budovat polovodičové minerály na vnější straně kuliček.
Poté, co enzymy nechaly nějakou dobu vykonávat práci při výrobě minerálů, byly kuličky vedeny laserovým paprskem, vedle senzoru, který automaticky detekoval, když prošel některý z požadovaných polovodičů (oxid křemičitý nebo oxid titaničitý). Poté byly úspěšné kuličky - ty, které tyto polovodiče akumulovaly na svých vnějších stranách - rozlomeny, aby mohla být izolována mutantní DNA a její účinek mohl být potvrzen.
Při výrobě počítačových čipů se v současnosti používají různé formy oxidu křemičitého, zatímco při výrobě solárních článků se používá oxid titaničitý. Výroba takových látek pomocí biologických enzymů a řízeného vývoje je první.
I když to rozhodně neznamená, že vědci nechali buňky vyčerpat počítačové čipy, ukazuje to na novou metodu vytváření polovodičů. Polovodiče vyrobené mutantními enzymy v experimentu, Morse řekl: „nikdy předtím nebyly vyrobeny v přírodě a nikdy předtím nebyly vyrobeny enzymem, ale v současné době se v průmyslu používají pro všechny druhy komunikace a zpracování informací. „Několik let po cestě by nové a specializované formy polovodičů vyrobené pomocí této metody mohly hrát roli při zajišťování pravdivosti predikce Gordona Moora.
