Pada tahun 1965, pengasas bersama Intel, Gordon Moore membuat ramalan mengenai pengkomputeran yang telah berlaku pada hari ini. Undang-undang Moore, seperti yang diketahui, meramalkan bahawa bilangan transistor yang kita dapat menjejalkan ke litar-dan dengan itu, kelajuan pemprosesan berkesan komputer kita-akan berganda kira-kira setiap dua tahun. Sungguh luar biasa, peraturan ini telah tepat selama hampir 50 tahun, tetapi kebanyakan pakar kini meramalkan bahawa pertumbuhan ini akan menjadi perlahan menjelang akhir dekad.
Suatu hari nanti, satu pendekatan baru radikal untuk mewujudkan semikonduktor silikon mungkin membolehkan kadar ini berterusan dan bahkan dapat mempercepatkannya. Seperti yang terperinci dalam kajian yang diterbitkan dalam Prosiding Akademi Sains Kebangsaan bulan ini, satu pasukan penyelidik dari University of California di Santa Barbara dan di tempat lain telah memanfaatkan proses evolusi untuk menghasilkan enzim yang menghasilkan struktur semikonduktor novel.
"Ia seperti pemilihan semulajadi, tetapi di sini, ia adalah pemilihan tiruan, " kata Daniel Morse, profesor emeritus di UCSB dan penulis bersama kajian itu, dalam temu bual. Selepas mengambil enzim yang ditemui dalam span marin dan bermutasi kepada pelbagai bentuk, "kami telah memilih satu dalam sejuta DNA mutan yang mampu membuat semikonduktor."
Dalam kajian terdahulu, Morse dan ahli-ahli pasukan penyelidikan lain telah menemui silicatein-enzim semulajadi yang digunakan oleh spesis laut untuk membina rangka silika mereka. Minyak itu, seperti yang berlaku, juga berfungsi sebagai blok bangunan cip komputer semikonduktor. "Kami kemudian bertanya soalan itu-bolehkah kita membuat kejuruteraan genetik struktur enzim untuk memungkinkan untuk menghasilkan mineral lain dan semikonduktor yang tidak biasanya dihasilkan oleh organisma hidup?" Kata Morse.
Untuk membuat ini mungkin, para penyelidik mengasingkan dan membuat banyak salinan sebahagian daripada DNA spong yang mengawal silikat, kemudian dengan sengaja memperkenalkan berjuta-juta mutasi yang berlainan dalam DNA. Secara kebetulan, sesetengahnya akan membawa kepada bentuk silicatein mutan yang akan menghasilkan semikonduktor yang berbeza, dan bukan silika-suatu proses yang mencerminkan pemilihan semula jadi, walaupun pada skala masa yang lebih pendek, dan diarahkan oleh pilihan manusia dan bukannya bertahan hidup yang paling kuat .
Enzim asal diambil dari span marin, yang menggunakannya untuk membuat rangka silika mereka. (Foto melalui Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Untuk mengetahui bentuk mutasi DNA silicatein yang akan membawa kepada semikonduktor yang dikehendaki, DNA perlu dinyatakan melalui jentera molekul sel. "Masalahnya adalah, walaupun silika agak tidak berbahaya kepada sel-sel hidup, beberapa semikonduktor yang kami mahu menghasilkan akan menjadi toksik, " kata Morse. "Jadi kita tidak boleh menggunakan sel-sel hidup-kita terpaksa menggunakan pengganti sintetik untuk sel-sel." Sebagai pengganti buatan untuk sel-sel, pasukan itu menggunakan gelembung kecil air yang terbentuk di sekitar manik plastik. Bentuk DNA gen marin yang berbeza dilampirkan kepada setiap jutaan manik, dan bahan kimia yang diperlukan untuk DNA dinyatakan sebagai enzim dimasukkan ke dalam air.
Seterusnya, "sel" manik plastik terbungkus dalam minyak, yang bertindak sebagai membran sel tiruan. Manik kemudian dimasukkan ke dalam larutan yang termasuk bahan kimia (silikon dan titanium) yang diperlukan untuk enzim mutan untuk mula membina mineral semikonduktor di luar manik-manik.
Selepas membenarkan beberapa enzim melakukan kerja pembuatan mineral, manik-manik itu dilalui melalui pancaran laser, di sebelah sensor yang dapat dikesan secara automatik apabila salah satu semikonduktor yang dikehendaki (silikon dioksida atau titanium dioksida) dilalui. Selepas itu, manik-manik yang berjaya-yang mempunyai semikonduktor ini terkumpul di luar mereka-telah dipecahkan supaya DNA mutan dapat diasingkan dan kesannya dapat disahkan.
Pelbagai bentuk silikon dioksida kini digunakan dalam pengeluaran cip komputer, manakala titanium dioksida digunakan dalam pembuatan sel solar. Pengeluaran bahan-bahan seperti ini menggunakan enzim biologi dan evolusi yang diarahkan adalah yang pertama.
Walaupun ini tidak bermakna bahawa para penyelidik mempunyai sel-sel yang memompa cip komputer, ia menunjuk kepada kaedah baru untuk membuat semikonduktor. Semikonduktor yang dibuat oleh enzim mutan dalam eksperimen itu, Morse berkata, "tidak pernah dihasilkan sebelum ini, dan belum pernah dihasilkan oleh enzim, tetapi kini digunakan dalam industri untuk semua jenis komunikasi dan pemprosesan maklumat. "Beberapa tahun di jalan raya, bentuk semikonduktor baru dan khusus yang dihasilkan menggunakan kaedah ini juga dapat memainkan peranan dalam memastikan ramalan Gordon Moore tetap berlaku.
