Изследователите създават самостоятелно сглобени логически вериги от протеини


Изследователите създават самостоятелно сглобени логически вериги от протеини

Характеризиране на свойствата за пренос на заряд на SAM на PCBA и SAM на PSI върху PCBA. а) Схема на Auслюда/PCBA//PSI//EGaIn връзки. б) Графики от log|J| спрямо потенциала на Auслюда/PCBA//EGaIn връзки и Auслюда/PCBA//PSI//EGaIn връзки. в) Графики на logR спрямо потенциала на Auслюда/PCBA//EGaIn връзки и Auслюда/PCBA//PSI//EGaIn връзки. г) Схема на Auслюда/ PCBA // PSI // AuAFM кръстовища. д) Графики на log|I| спрямо потенциала на Auслюда/PCBA // AuAFM кръстовища и Auслюда/ PCBA // PSI // AuAFM кръстовища. е) Графики на logR спрямо потенциала на Auслюда/PCBA // AuAFM кръстовища и Auслюда/ PCBA // PSI // AuAFM кръстовища. Лентите за грешки представляват 95% доверителни интервали. Чертежите на молекулите не отговарят на действителните им размери. кредит: Природни комуникации (2022 г.). DOI: 10.1038/s41467-022-30038-8

В проучване за доказване на концепцията изследователите са създали самостоятелно сглобени, базирани на протеини вериги, които могат да изпълняват прости логически функции. Работата демонстрира, че е възможно да се създадат стабилни цифрови схеми, които да се възползват от свойствата на електрона в квантови мащаби.

Един от спънките при създаването на молекулярни вериги е, че с намаляване на размера на веригата веригите стават ненадеждни. Това е така, защото електроните, необходими за създаване на ток, се държат като вълни, а не като частици, в квантовата скала. Например, на верига с два проводника, които са на един нанометър един от друг, електронът може да “тунелира” между двата проводника и ефективно да бъде на двете места едновременно, което затруднява контролирането на посоката на тока. Молекулните вериги могат да смекчат тези проблеми, но връзките с една молекула са краткотрайни или с нисък добив поради предизвикателства, свързани с производството на електроди в този мащаб.

„Нашата цел беше да се опитаме да създадем молекулярна верига, която използва тунелиране в наша полза, вместо да се борим срещу него“, казва Райън Чиечи, доцент по химия в Държавния университет на Северна Каролина и съ-автор на статия, описваща работата.

Чиечи и съ-кореспондентският автор Xinkai Qiu от университета в Кеймбридж изградиха веригите, като първо поставиха два различни вида фулеренови клетки върху шарени златни субстрати. След това те потопиха структурата в разтвор на фотосистема едно (PSI), често използван хлорофил протеин комплекс.

Различните фулерени индуцират PSI протеини да се самосглобяват на повърхността в специфични ориентации, създавайки диоди и резистори, след като горните контакти на евтектиката с течен метал галий-индий, EGaIn, са отпечатани отгоре. Този процес едновременно адресира недостатъците на едномолекулните връзки и запазва молекулярно-електронната функция.

„Там, където искахме резистори, моделирахме един тип фулерен върху електродите, върху които PSI се сглобява самостоятелно, а където искахме диоди, моделирахме друг тип“, казва Чиечи. “Ориентираният PSI изправя тока – което означава, че позволява на електроните да текат само в една посока. Чрез контролиране на ориентацията на мрежата в ансамбли от PSI, ние можем да диктуваме как зарядът протича през тях.”

Изследователите свързаха самостоятелно сглобените протеинови ансамбли с човешки електроди и направиха опростени логика вериги, които използват поведението на електронно тунелиране за модулиране на тока.

„Тези протеини разпръскват функцията на електронната вълна, като медиират тунелирането по начини, които все още не са напълно разбрани“, казва Чиечи. “Резултатът е, че въпреки че е с дебелина 10 нанометра, тази верига функционира на квантово ниво, работейки в тунелен режим. И тъй като използваме група от молекули, а не единични молекули, структурата е стабилна. Всъщност можем да печатаме електроди върху тези вериги и изградете устройства.”

Изследователите създадоха прости диодни И/ИЛИ логически порти от тези схеми и ги включва в импулсни модулатори, които могат да кодират информация чрез включване или изключване на един входен сигнал в зависимост от напрежението на друг вход. Базираните на PSI логически вериги успяха да превключват 3,3 kHz входен сигнал – който, макар и да не е сравним по скорост със съвременните логически схеми, все още е една от най-бързите молекулярни логически вериги, докладвани досега.

„Това е елементарна логическа схема с доказателство за концепцията, която разчита както на диоди, така и на резистори“, казва Чиечи. „Тук показахме, че можете да изградите здрави интегрални схеми, които работят на високи честоти с протеини.

„По отношение на непосредствената полезност, тези базирани на протеин вериги биха могли да доведат до разработването на електронни устройства, които подобряват, заменят и/или разширяват функционалността на класическите полупроводници.

Изследването се появява в Природни комуникации.


Базирана на метаматериали разпределителна мрежа за часовник за изграждане на големи свръхпроводящи чипове


Повече информация:
Xinkai Qiu et al, логически схеми за печат, включващи самостоятелно сглобени протеинови комплекси, Природни комуникации (2022 г.). DOI: 10.1038/s41467-022-30038-8

Цитат: Изследователите създават самостоятелно сглобени логически вериги от протеини (2022 г., 28 април), извлечени на 5 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-04-self-assembled-logic-circuits-proteins.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.