Исследователи из Университета Северной Каролины совместно с коллегами из Кембриджского университета создали самособирающиеся схемы на основе белков, которые могут выполнять простые логические функции. Эта работа демонстрирует возможность создания стабильных цифровых схем, использующих преимущества свойств электрона в квантовых масштабах.
Ученые построили схемы, сначала поместив два разных типа фуллереновых клеток на узорчатые золотые подложки. Затем они погрузили структуру в раствор фотосистемы номер один (PSI), обычно используемого белкового комплекса хлорофилла. Различные фуллерены побуждали белки PSI к самосборке на поверхности в определенных ориентациях, создавая диоды и резисторы.
«Там, где нам нужны резисторы, мы помещаем один тип фуллерена на электроды, на которых самособирается PSI. А там, где нам нужны диоды, мы используем другой тип. Ориентированный PSI выпрямляет ток — то есть, он позволяет электронам течь только в одном направлении. Управляя общей ориентацией в ансамблях PSI, мы можем определять, как через них проходит заряд», — рассказывает Чиечи.
Исследователи соединили самособирающиеся белковые ансамбли с искусственными электродами и создали простые логические схемы, которые использовали поведение «туннелирования» электронов для модуляции тока.
Логические схемы на основе PSI могли переключать входной сигнал частотой 3,3 кГц, что, хотя и не сравнимо по скорости с современными логическими схемами, по-прежнему остается одной из самых быстрых схем молекулярной логики. Таким образом ученые показали, что с помощью белков можно создавать надежные интегральные схемы, работающие на высоких частотах. В потенциале это может привести к разработке электронных устройств, которые улучшат, заменят и/или расширят функциональность классических полупроводников.
