Protein Bazlı devreler gerçek oldu

Bilim adamları, basit mantık işlevlerini yerine getirebilen protein tabanlı devreler oluşturmayı başardı. Bir kavram kanıtı çalışmasında, bilim adamları basit mantık işlevlerini yerine getirebilen, kendi kendini inşa edebilen, protein tabanlı devreler oluşturdular. Çalışma, kuantum ölçeklerinde bir elektronun özelliklerinden yararlanan kararlı dijital devreler yaratmanın mümkün olduğunu gösteriyor.

North Carolina State Üniversitesi'nde kimya profesörü ve çalışmayı açıklayan bir makalenin ortak yazarı Ryan Chiechi, “Amacımız, tünellemeyi buna karşı savaşmak yerine avantajımız için kullanan bir moleküler devre oluşturmaya çalışmaktı” dedi.

Moleküler devreler yaratmanın önündeki engellerden biri, devre boyutu küçüldükçe devrelerin güvenilmez hale gelmesidir. Bunun nedeni, akımı oluşturmak için gereken elektronların kuantum ölçeğinde parçacıklar gibi değil, dalgalar gibi davranmasıdır. Örneğin, bir nanometre (bir metrenin milyarda biri) aralıklı iki kabloya sahip bir devrede, elektron iki kablo arasında "tünel" yapabilir ve aynı anda her iki yerde de etkili bir şekilde bulunabilir, bu da akımın yönünü kontrol etmeyi zorlaştırır. Moleküler devreler bu sorunları azaltabilir, ancak tek moleküllü bağlantılar kısa ömürlüdür veya bu ölçekte elektrot üretmeyle ilgili zorluklar nedeniyle düşük verimlidir.

Cambridge Üniversitesi'nden Chiechi ve ortak yazar Xinkai Qiu, ilk önce desenli altın alt tabakalar üzerine iki farklı tipte fulleren kafesi yerleştirerek devreleri inşa etti. Daha sonra yapıyı, yaygın olarak kullanılan bir klorofil protein kompleksi olan bir fotosistem 1 (PSI) çözeltisine daldırdılar.

Farklı fullerenler, PSI proteinlerini belirli yönlerde yüzey üzerinde kendi kendine bir araya getirmeye, galyum-indiyum sıvı metal ötektiğinin üst temasları EGaIn'in üst temasları üzerine basıldığında diyotlar ve dirençler oluşturmaya neden oldu. Bu işlem hem tek moleküllü bağlantıların sakıncalarını giderir hem de moleküler-elektronik işlevi korur.

Chiechi, "Dirençleri istediğimiz yerde, PSI'nin kendi kendine monte edildiği elektrotlar üzerinde bir tür fulleren modelledik ve diyot istediğimiz yerde başka bir tür modelledik" dedi. Chiechi "Yönlendirilmiş PSI akımı düzeltir - yani elektronların yalnızca bir yönde akmasına izin verir. PSI topluluklarındaki net oryantasyonu kontrol ederek, yükün bunların içinden nasıl aktığını belirleyebiliriz ”dedi.

Araştırmacılar, kendiliğinden oluşan protein gruplarını insan yapımı elektrotlarla birleştirdiler ve akımı modüle etmek için elektron tünelleme davranışını kullanan basit mantık devreleri yaptılar.

Araştırmacılar bu devrelerden basit diyot tabanlı AND/OR mantık kapıları oluşturdular ve bunları, bir giriş sinyalini başka bir girişin voltajına bağlı olarak açıp kapatarak bilgileri kodlayabilen darbe modülatörlerine dahil ettiler. PSI tabanlı mantık devreleri, 3,3 kHz'lik bir giriş sinyalini değiştirebildi. Bu durum, hız açısından modern mantık devreleriyle kıyaslanamaz olsa da, halen rapor edilen en hızlı moleküler mantık devrelerinden biri.

"Acil kullanım açısından, bu protein bazlı devreler, klasik yarı iletkenlerin işlevselliğini artıran, destekleyen ve/veya genişleten elektronik cihazların geliştirilmesine kullanılabilir."

Chiechi, "Bu, hem diyotlara hem de dirençlere dayanan bir kavram kanıtı ilkel mantık devresidir" dedi. Proteinlerle yüksek frekanslarda çalışan sağlam, entegre devreler inşa edebileceğinin altını çizdi.

Araştırma Nature Communications'da yayınlandı. Ortak yazarlar Chiechi ve Qiu daha önce Hollanda'daki Groningen Üniversitesi'ndeydi.

Referans: Xinkai Qiu ve Ryan C. Chiechi, 28 Nisan 2022, Nature Communications.

(Fulleren) Fulleren veya Buckminster fulleren (diğer ismiyle "Buckyballs"), tamamen 60 Karbon atomuyla meydana gelmiş bir tür moleküldür. Küre, silindir veya elipsoit şekillerinde bulunabilir.

(Ötektik nokta) İki veya daha fazla katının karışımının (mesela bir alaşımın) erime noktası, karışımı oluşturan unsurların görece oranlarına bağlıdır. Bir ötektik veya ötektik karışım erime noktasının olabildiğince düşük olduğundaki karışım oranlarıdır ve ayrıca karışımı oluşturan tüm unsurlar bu sıcaklıkta sıvılaşmış akıcı solüsyondan eş zamanlı olarak kristalleşir. Ötektik bir karışımın böylesi eş zamanlı kristalleşmesi ötektik reaksiyon(tepkime), bunun gerçekleştiği sıcaklık ötektik sıcaklık ve bunun meydana geldiği bileşim ve sıcaklık ötektik nokta olarak adlandırılır.

(EGaln) Ötektik galyum-indiyum