La naturaleza ha inspirado a generaciones de personas, ofreciendo una plétora de materiales diferentes para innovaciones. Uno de esos materiales es la molécula de la herencia, o ADN, gracias a sus propiedades únicas de autoensamblaje. Investigadores del Centro de Nanociencia (NSC) de la Universidad de Jyväskylä y BioMediTech (BMT) de la Universidad de Tampere han demostrado ahora un método para fabricar dispositivos electrónicos utilizando ADN. El ADN en sí no tiene parte en la función eléctrica, pero actúa como un andamio para formar un lineal, nanoestructura similar a un collar de perlas que consta de tres nanopartículas de oro.

La naturaleza de la conducción eléctrica en materiales a nanoescala puede diferir enormemente de la normal, estructuras metálicas macroescala, que tienen innumerables electrones libres que forman la corriente, haciendo así insignificante cualquier efecto de un solo electrón. Sin embargo, incluso la adición de un solo electrón en una pieza de metal a nanoescala puede aumentar su energía lo suficiente como para evitar la conducción. Este tipo de adición de electrones generalmente ocurre a través de un efecto mecánico cuántico llamado tunelización, donde los electrones atraviesan una barrera de energía. En este estudio, los electrones tunelizados desde el electrodo conectado a una fuente de voltaje, a la primera nanopartícula y en adelante a la siguiente partícula y así sucesivamente, a través de los espacios entre ellos.

"Estos dispositivos de un solo electrón se han fabricado dentro de la escala de decenas de nanómetros mediante el uso de métodos convencionales de micro y nanofabricación durante más de dos décadas, ", dice el profesor Jussi Toppari del NSC. Toppari ya ha estudiado estas estructuras en su trabajo de doctorado.

"La debilidad de estas estructuras han sido las temperaturas criogénicas necesarias para que funcionen. Por lo general, la temperatura de funcionamiento de estos dispositivos aumenta a medida que disminuye el tamaño de los componentes. Nuestro objetivo final es que los dispositivos funcionen a temperatura ambiente, lo que es casi imposible para los métodos de nanofabricación convencionales, por lo que es necesario encontrar nuevos lugares ".

La nanotecnología moderna proporciona herramientas para fabricar nanopartículas metálicas con el tamaño de solo unos pocos nanómetros. Los dispositivos de un solo electrón fabricados a partir de estas nanopartículas metálicas podrían funcionar hasta la temperatura ambiente. El NSC tiene una larga experiencia en la fabricación de tales nanopartículas.

"Después de la fabricación, las nanopartículas flotan en una solución acuosa y deben organizarse en la forma deseada y conectarse al circuito auxiliar, ", explica el investigador Kosti Tapio." El autoensamblaje basado en ADN, junto con su capacidad para vincularse con nanopartículas, ofrecen un conjunto de herramientas muy adecuado para este propósito ".

Las nanopartículas de oro se unen directamente dentro de la solución acuosa a una estructura de ADN diseñada y probada previamente por los grupos involucrados. Todo el proceso se basa en el autoensamblaje del ADN, y produce innumerables estructuras en un solo parche. Las estructuras listas quedan atrapadas además para mediciones mediante campos eléctricos.

"Las propiedades superiores de autoensamblaje del ADN, junto con sus técnicas maduras de fabricación y modificación, ofrecen una amplia variedad de posibilidades, "dice el profesor asociado Vesa Hytönen.

Las mediciones eléctricas realizadas en este estudio demostraron por primera vez que estos métodos de fabricación escalables basados ​​en el autoensamblaje de ADN se pueden utilizar de manera eficiente para fabricar dispositivos de un solo electrón que funcionan a temperatura ambiente.

La investigación se basa en una colaboración multidisciplinaria a largo plazo entre los grupos de investigación implicados. Además de las personas anteriores, Dra. Jenni Leppiniemi (BMT), Boxuan Shen (NSC), y el Dr. Wolfgang Fritzsche (IPHT, Jena, Alemania) contribuyó a la investigación. El estudio fue publicado el 13 de octubre de 2016 en Nano letras . La financiación de viajes en colaboración se obtuvo del DAAD en Alemania.