Dočkáme se elektroniky z genetického materiálu?

Nanodr átky z DNA a nanočástic zlata. Kredit: Helmholtz Association of German Research Centres.

Nejmenší ze soudobých tranzistorů jsou menší nežli částice viru HIV. Inženýrům se v posledních letech povedlo zmenšit základní stavební prvky počítačových čipů na pouhých 14 nanometrů. Klasické výrobní postupy tím ale už narážejí a fyzikální hranice. Nicméně, vědci to nevzdávají a hledají jiné postupy, s nimiž se při výrobě čipů dostaneme ještě hlouběji do nanosvěta. Jako jedna z možností se rýsuje technologie samoorganizace komplexních struktur z molekul a atomů.

Artur Erbe. Kredit: TU Dresden.

Badatelé německého centra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a Universität Paderborn nedávno v tomto směru významně pokročili. Vytvořili nanodrátky se zlatem, které se samy poskládaly ze syntetických jednořetězcových molekul DNA. A těmito nanodrátky úspěšně vedli elektrický proud. Výsledky jejich výzkumu publikoval vědecký časopis Langmuir. Na první pohled nejsou nanodrátky nic moc. Jako červí chodbičky. Pod elektronovým mikroskopem jsou ale vidět nanometrové struktury, které spojují elektrické kontakty. Šéf výzkumu Artur Erbe si pochvaluje, že podle měření to opravdu funguje a jejich nanodrátky vedou proud.

Helmho ltz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Erbe s kolegy sestavili DNA origami, které se pěkně skládají z řetězců DNA, podobně jako lze složit originální japonské origami. Podobně by bylo možné vytvořit celé extrémně malé elektronické obvody. Takový postup "odzdola nahoru" (bottom-up) je přitom úplně opačný, nežli v dnešní době převládají konvenční výroba elektronických komponent. Ta probíhá "odshora dolů" (top-down), postupný ořezáváním použitého materiálu, až do vzniku požadované struktury. Tímhle směrem to ale bez zásadních technologických změn už nepůjde. Přístup, který použili Erbe a spol., vlastně opisuje od přírody, kde se komplexní struktury skládají samy.

k

Elektr onový litograf. Kredit: LZ / Wikimedia Commons.

Technologií DNA origami teoreticky lze vyrobit podstatně menší elektronické komponenty, nežli jsou ty dnešní. Problém je v tom, že DNA není zrovna nejlepším vodičem elektrického proudu. Erbe a jeho tým proto vylepšili nanodrátky z řetězců DNA chemicky navázanými nanočásticemi zlata. Poté použili i něco z top-down metod, a pomocí elektronové litografie (electron beam lithography), která umí vytvořit velmi malé struktury působením svazku elektronů, propojili jednotlivé nanodrátky s podstatně většími elektrodami. Něco takového bylo doposud velice obtížné. Badatelé to vyřešili unikání a důmyslnou kombinací postupů DNA origami a elektronové litografie.

Erbe a jeho spolupracovníci jsou se svými výsledky spokojeni. Učinili prý významný krok směrem k budoucí DNA elektronice. Teď řeší některé dílčí problémy, jako je například závislost fungování nanodrátků s nanočásticemi zlata na teplotě prostředí. Za pokojové teploty fungují nanodrátky slušně. Když ale teplota klesne, tak je to už horší. Erbe a spol. to chtějí zvládnout vložením řetězců vodivých polymerů do nanodrátků.

Literatura
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf 9. 11. 2016, Langmuir 32: 10159 10165, Wikipedia (Electron-beam lithography).