Израильской компанией Technion Research & Development Foundation разработана электронная сеть на волоконном скелете путем связывания или комплексообразования электронно-функциональных веществ со скелетом нуклеиновых кислот. Новая технология позволит миниатюризировать микроэлектронные и логические схемы.

Суть проблемы

Миниатюризация микроэлектронных и логических схем при существующей в настоящее время технологии достигает практических и теоретических пределов. Различные конструкторские и операционные соображения, такие как теплоотвод, гетерогенность, соединимость, так же как существующие фотолитографические технологии, ограничивают практический размер минимальных имеющихся в настоящее время изделий, электронных компонентов на основе полупроводников до примерно 0,25-0,3 мкм. Очевидно, что дальнейшая миниатюризация электронных компонентов должна включать новые подходы и новые концепции для изготовления электронных компонентов и логических схем.

Нанометровая электроника заставляет рассматривать два фундаментальных вопроса: рабочие принципы соответствующих электронных компонентов и схемы для изготовления таких компонентов и их интеграции в полезные схемы.

Ряд операционных принципов был предложен на основании эффектов заряда, что становится все более обещающим по мере того, как уменьшаются размеры устройств. Конструирование цепей в наномасштабе невозможно осуществить с помощью существующих микроэлектронных технологий. В частности, соединение элементов проводами и электрическое соединение с макроскопическим миром становятся все более проблематичными. Молекулярные процессы распознавания и самосборки молекул в надмолекулярные образования можно использовать для конструирования сложных структур. Однако соединение электронных материалов с такими структурами или придание им электронной функциональности до сих пор не было достигнуто.

Нуклеиновые кислоты обладают свойствами самосборки, что можно использовать для создания сетей из волокон нуклеиновых кислот. ДНК уже была использована как организатор наноструктур при сборке коллоидных частиц в макроскопические кристаллоподобные агрегаты и для задания формы структурам из полупроводниковых наночастиц.

Этим и воспользовалась группа израильских исследователей: Сиван Ури, Бен-Джозеф Гдальяху, Браун Эрез и Эйчен Йоав из компании Technion Research & Development Foundation, которая используя свойства распознавания молекул и процесс самосборки последовательностей нуклеиновых кислот и других компонентов, смогла разработать сеть на основе волокон¹ с геометрией, определяемой типом схемы связей между нуклеотидными цепями волокон.

Эти волокна могут сделаны из нуклеотидных цепей или из веществ, отличающихся от нуклеотидных цепей, но включающих одну или более из нуклеотидных цепей, и могут быть соединены с другими сетевыми компонентами через такие цепи. Волокна могут быть полностью или частично а priori проводящими, но обычно бывают химически или физически модифицированы таким образом, что обладают электрической или электронной функциональностью. Функционализированная сеть может включать проводники, переключатели, диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы и т.д.

Эта технология обеспечивает электронную сеть, по крайней мере, с одним сетевым компонентом, причем эта сеть имеет геометрию, определяемую, одним или более волокном, включающим одну или более из нуклеотидных цепей.

Компонентом сети может быть проводник, например провод, или электронный компонент.

Волокна настоящего изобретения могут образовывать соединения, в которых один сегмент нуклеотидной цепи одного волокна связан с другим нуклеотидным сегментом другого волокна последовательность-специфическим взаимодействием (нековалентным связыванием двух молекулярных объектов). В другом варианте соединения могут быть образованы между нуклеотидными цепями различных волокон, молекулой, кластером атомов или молекул или частицей, которые связаны с каждой из нуклеотидных цепей в соединении. Такая молекула, кластер или частица могут быть связаны с нуклеотидными цепями через линкеры, связанные с указанной молекулой, кластером или частицей.

Дальнейшие исследования показали, что соединение может быть также образовано модифицированными нуклеотидами, например, модифицированными таким образом, чтобы обеспечить ковалентное связывание, по крайней мере, одного нуклеотида одной цепи с нуклеотидом другой цепи. Примером такой модификации может служить добавление серы или аминового остатка, карбоксильной группы или активного сложного эфира. Химическая модификация нуклеотида может также обеспечить связывание цепи с линкером, связывание с частицей, связывание с электронным компонентом сети и т.д. Нуклеотидную цепь можно также модифицировать, связывая с ней один член связывающей пары для связывания с другим компонентом, включающим другой член связывающей пары. Связывающая пара состоит из двух молекул или фрагментов, которые обладают специфическим сродством друг к другу. Такие связывающие пары включают биотип - авидин, биотин - стрептавидин, рецептор - лиганд, dig - antidig, антиген - антитело, сахар - лектины, нуклеотидная последовательность - комплементарная последовательность, нуклеотидная цепь² и нуклеотидсвязывающий белок.

Обычно, по крайней мере, одна нуклеотидная цепь сети содержит одно или более из веществ, или, по крайней мере, один кластер атомов или молекул или частицу, связанные с ней или образующие с ней комплекс, так что образуется, по крайней мере, один электрический или электронный компонент со свойствами, которые основаны на характеристиках переноса электрических зарядов указанного одного или более из веществ, или, по крайней мере, одного кластера атомов или молекул или частицы.

Молекулы, кластеры атомов или молекул или частиц, используемые либо для химических, либо для физических модификаций волокон или внутри соединений между волокнами, могут сделаны из одного или нескольких атомов металлов, что придает характеристики переноса зарядов на указанный кластер или частицу.

Скелет сети включает кислые волокна, которые собраны так, что образуют сеть на основании специфических взаимодействий их последовательностей с другими волокнами или специфического связывания с другими компонентами. Таким образом, можно создать сети с практически бесконечным разнообразием геометрических структур.

Вещества или частицы могут быть связаны с волокнами на основании их общих (полных) химических свойств. Обычно это обеспечивает практически гомогенное нанесение вещества или частиц вдоль волокна.

Примечания: