Un equipo de investigadores de la Universidad de California, Davis y la Universidad de Washington han demostrado que la conductancia del ADN se puede modular controlando su estructura, abriendo así la posibilidad del uso futuro del ADN como un interruptor electromecánico para la computación a nanoescala. Aunque el ADN es comúnmente conocido por su papel biológico como molécula de la vida, Recientemente, ha ganado un interés significativo para su uso como material a nanoescala para una amplia variedad de aplicaciones.

En su artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo demostró que cambiar la estructura de la doble hélice del ADN modificando su entorno permite controlar de forma reversible la conductancia (la facilidad con la que pasa una corriente eléctrica). Esta capacidad de modular estructuralmente las propiedades de transporte de carga puede permitir el diseño de nanodispositivos únicos basados ​​en ADN. Estos dispositivos funcionarían utilizando un paradigma completamente diferente al de la electrónica convencional actual.

"A medida que los productos electrónicos se hacen más pequeños, se vuelven más difíciles y costosos de fabricar, pero los dispositivos basados ​​en ADN podrían diseñarse desde abajo hacia arriba utilizando técnicas de autoensamblaje dirigidas como el 'origami de ADN', "dijo Josh Hihath, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en UC Davis y autor principal del artículo. El origami de ADN es el plegado del ADN para crear formas bidimensionales y tridimensionales a nivel de nanoescala.

"Se ha logrado un progreso considerable en la comprensión de la mecánica, estructural, y propiedades de autoensamblaje y el uso de estas propiedades para diseñar estructuras a nanoescala. Las propiedades eléctricas, sin embargo, en general, han sido difíciles de controlar, "dijo Hihath.

¿Nuevo giro en el ADN? Posibles paradigmas de la informática

Además de las ventajas potenciales en la fabricación a nivel de nanoescala, Estos dispositivos basados ​​en ADN también pueden mejorar la eficiencia energética de los circuitos electrónicos. El tamaño de los dispositivos se ha reducido significativamente en los últimos 40 años, pero como el tamaño ha disminuido, la densidad de potencia en el chip ha aumentado. Los científicos e ingenieros han estado explorando soluciones novedosas para mejorar la eficiencia.

"No hay ninguna razón por la que el cálculo deba realizarse con transistores tradicionales. Las primeras computadoras eran completamente mecánicas y luego trabajaron en relés y tubos de vacío, ", dijo Hihath." Pasar a una plataforma electromecánica puede eventualmente permitirnos mejorar la eficiencia energética de los dispositivos electrónicos a nanoescala ".

Este trabajo demuestra que el ADN es capaz de funcionar como un interruptor electromecánico y podría conducir a nuevos paradigmas para la informática.

Para desarrollar el ADN en un interruptor reversible, los científicos se centraron en cambiar entre dos conformaciones estables de ADN, conocida como la forma A y la forma B. En el ADN, la forma B es el dúplex de ADN convencional que se asocia comúnmente con estas moléculas. La forma A es una versión más compacta con diferente espaciado e inclinación entre los pares de bases. La exposición al etanol fuerza al ADN a la conformación en forma de A, lo que resulta en un aumento de la conductancia. Similar, quitando el etanol, el ADN puede volver a la forma B y volver a su valor de conductancia reducida original.

Un paso hacia la computación molecular

Para convertir este hallazgo en una plataforma tecnológicamente viable para la electrónica, los autores también señalaron que aún queda mucho trabajo por hacer. Aunque este descubrimiento proporciona una demostración de prueba de principio de la conmutación electromecánica en el ADN, En general, hay dos obstáculos importantes que aún deben superarse en el campo de la electrónica molecular. Primero, Deben integrarse miles de millones de dispositivos moleculares activos en el mismo circuito que se hace actualmente en la electrónica convencional. Próximo, los científicos deben poder controlar dispositivos específicos individualmente en un sistema tan grande.

"Finalmente, El aspecto de activación ambiental de este trabajo tendrá que ser reemplazado por una señal mecánica o eléctrica para poder direccionar localmente un solo dispositivo. "señaló Hihath.