Ce sont de nombreuses gaufres. Crédit :Chris Dwyer
(PhysOrg.com) -- En une seule journée, un étudiant solitaire sur un banc de laboratoire peut produire des circuits logiques plus simples que la totalité de la production mondiale de puces de silicium en un mois.
Ainsi dit un ingénieur de l'Université Duke, qui croit que la prochaine génération de ces circuits logiques au cœur des ordinateurs sera produite à moindre coût en quantités quasi illimitées. Le secret est qu'au lieu de puces de silicium servant de plate-forme pour les circuits électriques, les ingénieurs informaticiens profiteront des propriétés uniques de l'ADN, ce transporteur à double hélice de toutes les informations de la vie.
Dans sa dernière série d'expériences, Chris Dwyer, professeur assistant en génie électrique et informatique à la Duke's Pratt School of Engineering, a démontré qu'en mélangeant simplement des extraits personnalisés d'ADN et d'autres molécules, il pourrait créer littéralement des milliards d'identiques, minuscule, structures d'aspect gaufré.
Dwyer a montré que ces nanostructures s'auto-assemblent efficacement, et lorsque différentes molécules photosensibles sont ajoutées au mélange, les gaufres présentent des propriétés uniques et "programmables" qui peuvent être facilement exploitées. En utilisant la lumière pour exciter ces molécules, connu sous le nom de chromophores, il peut créer des portes logiques simples, ou des commutateurs.
Ces nanostructures peuvent ensuite être utilisées comme blocs de construction pour une variété d'applications, allant du biomédical au calcul.
"Quand la lumière brille sur les chromophores, ils l'absorbent, exciter les électrons, " Dwyer a déclaré. "L'énergie libérée passe à un autre type de chromophore à proximité qui absorbe l'énergie et émet ensuite de la lumière d'une longueur d'onde différente. Cette différence signifie que cette lumière de sortie peut être facilement différenciée de la lumière d'entrée, à l'aide d'un détecteur."
Au lieu des circuits conventionnels utilisant le courant électrique pour basculer rapidement entre les zéros ou les uns, ou à oui et non, la lumière peut être utilisée pour stimuler des réponses similaires des commutateurs basés sur l'ADN - et beaucoup plus rapidement.
"C'est la première démonstration d'une capacité de traitement et de détection aussi active et rapide au niveau moléculaire, " a déclaré Dwyer. Les résultats de ses expériences ont été publiés en ligne dans le journal Petit . "La technologie conventionnelle a atteint ses limites physiques. La capacité de produire à bas prix des fournitures pratiquement illimitées de ces circuits minuscules me semble être la prochaine étape logique."
C'est un gros plan d'une gaufre. Crédit :Chris Dwyer
L'ADN est une molécule bien connue constituée de paires de bases nucléotidiques complémentaires qui ont une affinité l'une pour l'autre. Des extraits personnalisés d'ADN peuvent être synthétisés à moindre coût en plaçant les paires dans n'importe quel ordre. Dans leurs expériences, les chercheurs ont profité de la capacité naturelle de l'ADN à s'accrocher aux zones correspondantes et spécifiques d'autres extraits d'ADN.
Dwyer a utilisé une analogie avec un puzzle pour décrire le processus de ce qui se passe lorsque tous les ingrédients de la gaufre sont mélangés dans un récipient.
"C'est comme prendre les pièces d'un puzzle, en les jetant dans une boîte et pendant que vous secouez la boîte, les pièces retrouvent progressivement leurs voisines pour former le puzzle, " a-t-il dit. " Ce que nous avons fait, c'est de prendre des milliards de ces pièces de puzzle, les jeter ensemble, pour former des milliards de copies du même puzzle."
Dans les expériences en cours, le puzzle de gaufres avait 16 pièces, avec les chromophores situés au sommet des crêtes de la gaufre. Des circuits plus complexes peuvent être créés en construisant des structures composées de plusieurs de ces petits composants, ou en construisant des gaufres plus grandes. Les possibilités sont illimitées, dit Dwyer.
En plus de leur utilisation en informatique, Dwyer a déclaré que puisque ces nanostructures sont essentiellement des capteurs, de nombreuses applications biomédicales sont possibles. De minuscules nanostructures pourraient être construites qui pourraient répondre à différentes protéines qui sont des marqueurs de maladie dans une seule goutte de sang.
