1965., suosnivač Intela Gordon Moore napravio je predviđanje za računanje koje je istinito do danas. Mooreov zakon, kako se doznalo, predviđao je da će se broj tranzistora koje uspijemo strpati u krug - a time i efektivna brzina obrade naših računala - približno udvostručio svake dvije godine. Iznenađujuće je da je ovo pravilo točno 50 godina, ali većina stručnjaka predviđa da će taj rast usporiti do kraja desetljeća.
No, jednog dana, radikalni novi pristup stvaranju silicijskih poluvodiča mogao bi omogućiti nastavak ove brzine - i čak je mogao ubrzati. Kako je detaljno objavljeno u studiji objavljenoj u ovomjesečnom zborniku Nacionalne akademije nauka, tim istraživača sa Sveučilišta u Kaliforniji u Santa Barbari i drugdje iskoristio je proces evolucije kako bi proizveo enzime koji stvaraju nove strukture poluvodiča.
"To je poput prirodne selekcije, ali ovdje je to umjetna selekcija", rekao je Daniel Morse, profesor emeritus na UCSB i koautor studije u intervjuu. Nakon uzimanja enzima koji se nalaze u morskim spužvama i mutiranja u različite oblike, "odabrali smo jedan od milijun mutiranih DNK koji mogu stvoriti poluvodič."
U ranijoj studiji Morse i ostali članovi istraživačkog tima otkrili su silikatin - prirodni enzim koji morske spužve koriste za izradu svojih skeleta od silicijevog dioksida. Mineral, kao što se događa, služi i kao sastavni blok poluvodičkih računalnih čipova. "Tada smo postavili pitanje - možemo li genetički konstruirati strukturu enzima kako bismo omogućili proizvodnju drugih minerala i poluvodiča koje inače ne proizvode živi organizmi?", Rekao je Morse.
Da bi to omogućili, istraživači su izolirali i napravili mnogo kopija dijela DNK spužve koji kodira silikatin, a zatim su namjerno uveli milijune različitih mutacija u DNK. Slučajno bi neki od njih vjerojatno doveli do mutiranih oblika silikatina koji bi proizveli različite poluvodiče, a ne silicijev - proces koji zrcali prirodnu selekciju, premda u mnogo kraćem vremenskom razmjeru, i usmjeren ljudskim izborom, a ne preživljavanjem najkvalitetnijih.,
Izvorni enzim uzet je iz morskih spužvi koje ga koriste za izradu kostura od silicijuma. (Foto putem Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Da bismo shvatili koji će mutirani oblici silikatinske DNA dovesti do željenih poluvodiča, DNK je potrebno izraziti molekularnom mašinom stanice. "Problem je bio u tome što su silicij relativno bezopasni za žive stanice, neki poluvodiči koje želimo proizvesti bili bi toksični", rekao je Morse. "Dakle, nismo mogli koristiti žive stanice - morali smo koristiti sintetički surogat za stanice." Kao umjetnu zamjenu za stanice, tim je koristio sićušne mjehuriće vode formirane oko plastičnih kuglica. Na svaki od milijuna zrnca pričvršćen je drugačiji oblik morske spužve, a u vodu su bile uključene kemikalije potrebne da se DNK izrazi kao enzim.
Zatim su se plastične kuglice "stanica" stavile u ulje, koje je djelovalo kao umjetna stanična membrana. Zrnce su zatim stavljene u otopinu koja je sadržavala kemikalije (silicij i titan) potrebne za mutirajuće enzime kako bi započeli izgradnju poluvodičkih minerala na vanjskoj strani perli.
Nakon što su omogućili neko vrijeme enzimima da rade na stvaranju minerala, kuglice su propuštene kroz lasersku zraku, pored senzora koji se automatski detektirao kada je prošao bilo koji od željenih poluvodiča (silicijev dioksid ili titanov dioksid). Nakon toga, uspješne perle - one kojima su se ovi poluvodiči akumulirali na njihovim vanjskim stranama - bile su otvorene da bi se izolirala mutirana DNK i mogao se potvrditi njezin učinak.
U proizvodnji računalnih čipova trenutno se koriste razni oblici silicijevog dioksida, dok se titan-dioksid koristi u proizvodnji solarnih ćelija. Prva je proizvodnja takvih tvari primjenom bioloških enzima i usmjerene evolucije.
Iako to sigurno ne znači da su istraživači imali stanice koje ispumpavaju računalne čipove, to ukazuje na novu metodu stvaranja poluvodiča. Poluvodiči koje su napravili mutantni enzimi u eksperimentu, rekao je Morse, "nikad se nisu proizvodili u prirodi, niti ih je ikada proizvodio enzim, ali trenutno se koriste u industriji za sve vrste komunikacija i obradu informacija. "Nekoliko godina niz put, novi i specijalizirani oblici poluvodiča proizvedenih ovom metodom mogli bi čak igrati ulogu u osiguravanju predviđanja Gordona Moora.
