Più piccolo del virus dell'AIDS, che è attualmente la circonferenza dei transistor più piccoli. L'industria ha ridotto gli elementi centrali dei chip dei computer a quattordici nanometri negli ultimi sessant'anni. Metodi convenzionali, però, stanno colpendo i confini fisici. I ricercatori di tutto il mondo sono alla ricerca di alternative. Un metodo potrebbe essere l'auto-organizzazione di componenti complessi da molecole e atomi. Gli scienziati dell'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e dell'Università di Paderborn hanno ora compiuto un importante passo avanti:i fisici hanno condotto una corrente attraverso nanofili placcati in oro, che si sono assemblati indipendentemente da singoli filamenti di DNA. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Langmuir .

A prima vista, assomiglia a linee di vermi davanti a uno sfondo nero. Ma ciò che il microscopio elettronico mostra da vicino è che le strutture di dimensioni nanometriche collegano due contatti elettrici. Il Dr. Artur Erbe dell'Istituto di Fisica del Fascio Ionico e Ricerca sui Materiali è soddisfatto di ciò che vede. "Le nostre misurazioni hanno dimostrato che una corrente elettrica viene condotta attraverso questi minuscoli fili". Questo non è necessariamente ovvio, sottolinea il fisico. Noi siamo, Dopotutto, trattare con componenti costituiti da DNA modificato. Per produrre i nanofili, i ricercatori hanno combinato un lungo filamento singolo di materiale genetico con segmenti di DNA più corti attraverso le coppie di basi per formare un doppio filamento stabile. Usando questo metodo, le strutture assumono autonomamente la forma desiderata.

"Con l'aiuto di questo approccio, che ricorda la tecnica giapponese di piegatura della carta origami ed è quindi indicato come DNA-origami, possiamo creare piccoli modelli, " spiega il ricercatore HZDR. "Qui sono concepibili anche circuiti estremamente piccoli fatti di molecole e atomi". Questa strategia, che gli scienziati chiamano il metodo "bottom-up", mira a capovolgere la produzione convenzionale di componenti elettronici. "Finora l'industria ha utilizzato il cosiddetto metodo 'top-down'. Grandi porzioni vengono tagliate via dal materiale di base fino a ottenere la struttura desiderata. Presto questo non sarà più possibile a causa della continua miniaturizzazione". Il nuovo approccio è invece orientato sulla natura:molecole che sviluppano strutture complesse attraverso processi di autoassemblaggio.

Ponti d'oro tra gli elettrodi

Gli elementi che in tal modo si svilupperebbero sarebbero sostanzialmente più piccoli dei più piccoli componenti di chip per computer di oggi. Circuiti più piccoli potrebbero teoricamente essere prodotti con meno sforzo. C'è, però, un problema:"La materia genetica non conduce una corrente particolarmente bene, " fa notare Erbe. Lui e i suoi colleghi hanno quindi posizionato nanoparticelle placcate in oro sui fili del DNA usando legami chimici. Usando un metodo "top-down" - litografia a fascio di elettroni - successivamente entrano in contatto con i singoli fili elettronicamente. "Questa connessione tra gli elettrodi sostanzialmente più grandi e le singole strutture del DNA hanno incontrato finora difficoltà tecniche. Combinando i due metodi, possiamo risolvere questo problema. Potremmo quindi determinare con molta precisione il trasporto di carica attraverso i singoli fili per la prima volta, "aggiunge Erbe.

Come hanno dimostrato i test dei ricercatori di Dresda, una corrente viene effettivamente condotta attraverso i fili placcati in oro:è, però, dipendente dalla temperatura ambiente. "Il trasporto di carica si riduce contemporaneamente al diminuire della temperatura, " descrive Erbe. "A temperatura ambiente normale, i fili funzionano bene, anche se gli elettroni devono saltare parzialmente da una particella d'oro all'altra perché non si sono completamente fusi insieme. La distanza, però, è così piccolo che attualmente non si vede nemmeno con i microscopi più avanzati." Per migliorare la conduzione, Il team di Artur Erbe mira a incorporare polimeri conduttivi tra le particelle d'oro. Il fisico ritiene che anche il processo di metallizzazione potrebbe essere ancora migliorato.

Egli è, però, generalmente soddisfatto dei risultati:"Potremmo dimostrare che i fili del DNA placcati in oro conducono energia. In realtà siamo ancora nella fase di ricerca di base, ecco perché stiamo usando l'oro piuttosto che un metallo più efficiente in termini di costi. Abbiamo, tuttavia, fatto un passo importante, che potrebbe rendere possibili in futuro dispositivi elettronici basati sul DNA".