DNA-gennembrud kan gøre elektronik endnu mindre

Selvsamlende DNA-molekyler kan gøre fremtidens elektroniske apparater endnu mindre. En international forskergruppe med bidrag fra Aalborg Universitet har taget et vigtigt skridt på vejen ved at få lange syntetiske DNA-molekyler til at transportere elektrisk ladning. Resultaterne er netop offentliggjort af det ansete videnskabelige tidsskrift Nature Nanotechnology.
Lektor Leonid Gurevich fra Aalborg Universitets Institut for Fysik har deltaget i de succesfulde eksperimenter, som et internationalt forskningskonsortium er nået frem til efter års målrettet samarbejde om at gøre molekylær elektronik til mulig afløser for traditionelle løsninger i vores stadigt mindre apparater. For at levere tilstrækkelig regnekraft i nye computere, mobiltelefoner og tablets producerer industrien allerede i dag chips med milliarder af transistorer presset sammen på mindre end en kvadratcentimeter:
– Vi taler om transistorer på mindre end tusind atomers bredde, som er fremstillet med en præcision på blot nogle dusin atomer. Så vi nærmer os hastigt grænsen for, hvor meget mindre ting kan blive med nutidens halvlederelektronik. Men en udvej kan være at efterligne naturens tilgang og bruge specialdesignede molekyler, som selv samler sig og bliver til fungerende elektroniske enheder, forklarer Leonid Gurevich.
Skrumpe-potentialet med konventionel halvlederelektronik er ved at være opbrugt, og derfor kan molekylær elektronik være næste skridt:
– Ideen opstod tilbage i 1970’erne, men udviklingen på området har været begrænset til meget korte molekyler eller molekylelag. Der har hidtil ikke været demonstreret afgørende resultater med lange molekyler. Vores arbejde viser nu, at transport af ladning gennem lange molekyler er muligt. Vi beskriver en metode til at måle på de enkelte molekyler, og vi afdækker mekanismen i et af de mest lovende ledende molekyler, såkaldt G4-DNA. Det er en opdagelse, som helt sikkert vil genopfriske interessen for molekylær elektronik – og især for DNA-elektronik, vurderer Leonid Gurevich.
– Overgangen til DNA-baserede apparater eller molekylær elektronik i det hele taget vil være et paradigmeskifte i forhold til den måde, vi designer, samler og programmerer elektroniske apparater på i dag. Det bliver en lang rejse, og vi har mange ubesvarede spørgsmål, som vi bliver nødt til at finde svar på, før DNA-elektronik bliver en realitet. Så det er stadig for tidligt at sige, hvornår de bliver en del af vores hverdagsliv. Men med tilstrækkelig økonomisk støtte tror jeg, at fremtiden tegner lys, siger Leonid Gurevich.
Aalborg Universitet har bidraget til det netop offentliggjorte forskningsresultat med viden om behandling af de overflader, DNA-molekylerne bliver afsat på, samt med ekspertise i brugen af det nødvendige mikroskopudstyr (AFM – atomic force microscopy) og måling på de enkelte molekyler. Men der har været mange kræfter inde over undervejs:
– Arbejdet her er et godt eksempel på forskning i den moderne verden, hvor videnskabelig kompleksitet kræver koordineret holdarbejde. Alle målinger blev gennemført i laboratoriet i Jerusalem hos en af hovedforfatterne, professor Danny Porath, som jeg har kendt, siden han og jeg arbejdede sammen på det tekniske universitet TU Delft i Holland i slutningen af 90’erne. De unikke G4-DNA-molekyler blev syntetisk skabt af en forskergruppe i Tel Aviv. Yderligere eksperimentel ekspertise kom fra USA, og de teoretiske modeller er udviklet af forskere fra Spanien, Cypern og Italien, opsummerer Leonid Gurevich.
Aalborg Universitet har været en del af konsortiet siden 2006. Institut for Fysik var sammen med de israelske Hebrew University og Tel Aviv University, CNR Institute of Nanoscience i Italien og en række andre forskningsinstitutioner med i et EU-støttet FP6-projekt med titlen “DNA-Nanodevices”. Samarbejdet er fortsat, efter at EU-projektet sluttede, og G4-DNA-fundet er en foreløbig kulmination. Men bestræbelserne på at gøre DNA-elektronik til virkelighed fortsætter, og i det arbejde er de specialiserede nanofaciliteter i Aalborg Universitets NanoLab ifølge Leonid Gurevich et stærkt kort.