919,1
рейтинг
18 августа 2009 в 12:39

Транзистор из человеческих ДНК

Пару лет назад американский биолог Пол Ротмунд обнаружил, что молекулы ДНК обладают способностью к самосборке в различные правильные геометрические формы — треугольники, квадраты, звёздочки и т.д. (работа Ротмунда в PDF). Это действительно интересное открытие (оно вошло в список 12 самых важных научных открытий 2006 года) теоретически позволяет сделать из нашего ДНК нечто вроде конструктора «Лего».



Практическая реализация такой возможности не заставила себя долго ждать.

На днях исследователи из IBM рассказали, как упорядочить молекулы ДНК непосредственно на поверхности микросхемы. Они применили стандартный метод литографии, вытравили шаблонную форму в кремниевом кристалле — и заполнили её массой «оригами», то есть кучей молекул ДНК в форме треугольников.

На фотографиях видно, как оригами заполняют вытравленные бороздки в кристалле.





В определённых условиях среды оригами принимают чрезвычайно упорядоченную ориентацию. На фотографиях показаны результаты опытов с разной концентрацией соляного раствора.





Заготовки из молекул ДНК на чипе теоретически можно использовать в качестве направляющих для сборки транзисторов и проводников из нанотрубок прямо на поверхности микросхем. Как известно, нанотрубки по всем параметрам превосходят кремний. Проблема только в том, что из них ещё ничего не научились делать, техпроцесс отсутствует. Когда же нанотрубки наконец-то придут на смену кремнию, то норму в микроэлектронике можно будет снизить с существующих 45 нм до 22 нм или даже меньше. Это означает более быстрые и дешёвые микропроцессоры.

Вообще, будет очень символично, если молекулы человеческого ДНК будут использоваться в таком качестве — для создания нового поколения процессоров, которые в свою очередь могут стать основой будущего Искусственного интеллекта. В каком-то смысле мы тогда будем с ним родственниками.

Научная работа опубликована в журнале в журнале Nature Nanotechnology [Placement and orientation of individual DNA shapes on lithographically patterned surfaces — Ryan J. Kershner, Luisa D. Bozano, Christine M. Micheel, Albert M. Hung, Ann R. Fornof, Jennifer N. Cha, Charles T. Rettner, Marco Bersani, Jane Frommer, Paul W. K. Rothemund & Gregory M. Wallraff].
Анатолий Ализар @alizar
карма
676,3
рейтинг 919,1
Редактор

Самое читаемое

Комментарии (39)

  • +2
    Топливо также использовали: для получения пара который вращал турбину, которая вырабатывала энергию… потом двигатели внутреннего сгорания… потом открыли новые источники энергии, постепенно вытесняющие устаревшие.

    Жаль что нам не дано увидеть как люди будут использовать ДНК по прямому назначению и по максимуму извлекать из них пользу…
    • +6
      Двигатели внутренного сгорания это не эволюция двигателей внешнего сгорания, обе концепции имеют право на жизнь (и живут, собственно).
      Насчет пара, который вращает турбину — это подавляюще популярная концепция, которая тотально используется в энергетике, начиная от угольных заканчивая атомными электростанциями. Не обязательно пар водяной, но суть везде та же. Кстати, еще один пример двигателя внешенго сгорания :)

      >>потом открыли новые источники энергии, постепенно вытесняющие устаревшие
      Дайте поюзать вашу машину времени!
      • +1
        а что, в вашем времени ветряки и солнечные батареи еще не изобрели? ;)
        • 0
          Мне не хотелось бы обижать кого-либо своими комментариями, но попробую попродираться:
          «Линукс вытесняет Виндоус на фронте домашних ОС!» — это пример вытеснения.

          А вот альтернативные источники энергии вытеснить традиционные не могут по сути. Это в симсити можно было снести угольную ЭС и понатыкать ветряков, в реальности ветряки и солнечные батареи лишь дополняют традиционные тепловые ЭС (уголь, газ и т.д.) Вытеснить обычные ТЭС на сегодняшний день могут лишь АЭС, это наиболее реальная перспектива, однако даже тут дело двигается достаточно медленно (Хотя есть страны, в которых АЭС вырабатывают достаточно большую долю электроэнергии, например Франция). К традиционным так же следует относить и всяческие ПЭС, ГЭС и т.д, хотя их применение, как и тру-альтернативных источников энергии, сугубо местное, т.е. построить их можно не везде.

          Что касаемо солнечных батарей, то покупка такой установки, это скорее покупка очень-очень емкого аккумулятора с отдачей, растянутой по времени, т.к. современные батареи либо относительно дешевы и имеют низкий КПД, либо дорогие с хорошим КПД, но в любом случае на их производство затраты ресурсов, в том числе и электроэнергии больше, чем они могут создать за свой срок службы.
          • 0
            По ветрякам ситуацию не знаю, достаточно давно следил, однако проблемы там схожие с солнечными батареями. Это вообще общая проблема всех направлений альтернативной энергетики, т.е. вроде и альтернатив много, и есть даже универсальные (топливные элементы на водороде, к примеру) однако они не рентабельны на данный момент. Наверное будем ждать термоядерных реакторов, не зря Гинзбург и товарищи из мировых научных кругов что-то там собирают :)
      • +1
        Я имел ввиду что эволюция не стоит на месте и через XXX лет использование ДНК в качестве нанотранзисторов будет считаться смешным пережитком прошлого.
    • +9
      «Жаль что нам не дано увидеть как люди будут использовать ДНК по прямому назначению и по максимуму извлекать из них пользу…»
      Боюсь спросить что в вашем понимании «прямое назначение»? Размножение? Ничего, еще увидите!
      • +1
        Основная роль ДНК в клетках — долговременное хранение информации о структуре РНК и белков.

        ДНК — это идеальная физиикохимическая карта памяти, в которой хранится вся история человечества. Потенциальный масштаб применения (если пофантазировать) безграничен. На данный момент времени используется лишь на 8% в медицине. Остальные 92% называют ДНК-мусором…
        • +3
          Кто это вам такое сказал, что единственное применение нуклеиновых кислот в клетке — хранить наследственную информацию?

          Вот вам ещё применения:
          — Универсальное средство запасения энергети — АТФ — это НК, в её составе тот же самый аденин, что и в ДНК, и та же самая фосфорная кислота;
          — Синтез белков: помимо временного оттиска ДНК в виде иРНК (информационной), есть ещё тРНК (транспортная), которая доставляет аминокислоты к рибосомам (местам синтеза белков), собственно рРНК (рибосомная) — рибосома сама состоит из РНК, яРНК (ядрышковая) — в ядре клетки есть ядрышко, это место собственно создания рибосом.
          — Синтез органических соединений (фотосинтез, хемосинтез) — в нём участвуют всякие НАД, НАДФ и прочие производные нуклеиновых кислот.

          Это навскидку, что я вспомнил сразу.

          Почему нельзя найти ещё одно применение — причём, не природным ДНК, а специально синтезированным?
    • 0
      Техника развивается в геометрической а не в арифметической прогрессии.
      Уже лет через 15 нанотрубки будут буднечной рутиной и все будут сокрушаться о том что не доживут до того как недавно открытая технология войдёт в обиход.
  • +13
    Зато выражение «у него ошибка в ДНК» прмет букавльное значение.
    • –7
      +1)
  • 0
    Хорошо бы послушать комментарии биологов, интересно, как живут молекулы ДНК человека вне ядра клетки, например. И еще интересно, в данном иследовании, насколько программируемое поведение данных молекул, т.е. можно ли считать их нанороботами :) И что за определенные условия их статьи, при которых молекулы ориентируются в пространстве (это внешнее воздействие, состояние среды или какие-то действия со стороны самих молекул?)
    • +1
      вне ядра они просто существуют, если есть для этого нормальные условия (нет разрушающих агентов). «Поведения» как такого у ДНК нету, эти молекулы сами по себе активностью не обладают, так что нанороботами их считать вряд ли можно.
    • +1
      Ориентироваться относительно среды в принципе физически возможно только в процессе взаимодействия с этой средой. Сами по себе молекулы вызвать такой процесс не должны быть способны. Скорее всего, для ориентирования и выстраивания используется какие-то электромагнитные эффекты, типа создания «ячеек» — стоячих электромагнитных волн нужной длины (в таких ячейках удерживаются атомы цинка в атомных часах).
  • 0
    Превосходно.
    Но лично меня немного тревожат подобные открытия, наверно потому, что очень тяжело разобраться со всем этим будущим, и увидеть картину как-то более объективно.
    За PDF спасибо
  • +6
    Забавно видеть рассуждения о ДНК в блоге «Железо»
    • –1
      а транзисторы — это иное что-то?
  • +1
    А кто станет «папой и мамой» первого процессора, кто свой ДНК даст?
    • +7
      Онотоле, и громадный рывок в производительности нам обеспечен.
  • +5
    Совершенно не понял, почему используются именно человеческие ДНК. Что, ДНК животных или растений не могут образовывать треугольные «оригами»?
    • +3
      посмотрел бегло саму статью: никаких человеческих ДНК там нету и в помине. Автор топика, видимо, перестарался с завлекательным заголовком.
    • +3
      ДНК вообще-то ничего, кроме «дезоксирибонуклеиновой кислоты» не означает. Она не обязательно должна кодировать какие-то природные белки (т.е. не обязательно должна являться геном). И чувствуется интуитивно, что для того, чтобы молекула принимала правильную геометрическую форму, ДНК должна быть более или менее регулярным полимером (природные биологические ДНК, находящиеся в хромосомах — нерегулярные полимеры).
  • +2
    На самом деле, сейчас уже промышленно используется технологический процесс 40 нм (TSMC, например, графические чипы AMD). И к концу года ожидается запуск 32 нм. Так что интересно, сможет ли технология нанотрубок конкурировать с традиционными технологиями на момент начала её промышленного использования.
  • 0
    Сокро транзисторы осознают себя и собируться в скайнет. :)
    • +4
      Чорд. Одно предложение, две ошибки. :(
      • +2
        И еще одна в этом :D
      • +3
        Три.
  • 0
    Вот когда роботы поднимут восстание с аргументом несовершенства и порочности людей, у нас, белковых, будет замечательный контраргумент — «роботы произошли от людей» :-)
  • +1
    будет очень символично, если молекулы человеческого ДНК будут использоваться в таком качестве — для создания нового поколения процессоров

    Как понять человеческая ДНК? Вы считаете что молекулы ДНК (не их последовательность, а сами ДНК, т.е. Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин) человека отличаются от молекул ДНК кошек или любого другого вида?
    • +1
      Я думаю для пиара и желтых газетенок можно придумать акцию, при сборке первого такого процессора пригласить самого умного человека на планете (возможно Онотоле), отрезать у него необходимый клочок волос (или кое-чего другого ненужного) и тут же на глазах сделать из них первый в мире процессор на ДНК.
      • +2
        Развивая идею до абсурда, можно представить себе оверклокеров в погоне за чешуйкой кожи Кнута или Хоукинга :) Ну и конечно же ценителей теплого человеческого ДНК :)
    • +1
      Вообще-то ДНК — это одна молекула и никакой последовательности молекул ДНК нет. А в молекулах ДНК есть гены, вот от них то все и зависит.

      Но в данном контексте, я тоже не вижу разницы, если применять ДНК человека и, например, ДНК таракана.
    • 0
      Сами названные вами четыре азотистых основания — они вообще не кислоты, они наоборот ОСНОВАНИЯ (все являются вариациями пиримидина, который двухкислотен, и пурина, который почти не проявляет кислотных или основных свойст) ;)

      ДНК — кислота, но не за счёт дезоксирибозы, и не за счёт оснований, а за счёт входящих в состав остатков фосфорной кислоты.
  • 0
    Ужас! Скоро будут делать айфоны из человеческого мяса!
  • 0
    Потом мы деградируем полностью, а компы впитают всю инфу, и станут доминировать а мы как рабы будем тока траву растить и кормить их )
  • 0
    Рано или поздно снимут фильм про восстание днк-рабов!
  • 0
    В данном случае речь идет об операциях, похожих на описанные когда-то gleb_kudr, и проделываемых с вирусной днк, видимо из-за простоты обращения с ней. Разумеется, никакие вирусы оттуда в чип передаться не могут:). Информация в готовой «конструкционной» днк, в конечном итоге, и определяет конечную структуру; с другой стороны, и в живых клетках важное значение имеет трехмерная структура носителей, т. е. хромосом. Так что никакого «использования не по назначению» здесь нет (вдобавок сама формулировка сомнительна). Ближайшая метафора с компьютерным миром: представьте, что у нас нет возможности создавать новые файлы произвольных форматов, зато есть куча EXEшников, которые можно копировать и записывать, пока еще целыми кластерами (количество создаваемых файлов точно неизвестно, винт устроен так, что создает их в любой области, помеченной как свободная). Так вот в данном случае изобретен способ хранить в таком EXEшнике данные о трехмерных конструкциях типа CAD. А вот уже с помощью этих конструкций открывается возможность построения и кое-чего более интересного, а в перспективе — даже массового апгрейда исполняемых копий «на лету» для каких бы то ни было целей.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.