Исследователи из Дюкского университета под словом «вафля» могут подразумевать не только вкусный десерт в клеточку, но и инновационную структуру на базе фрагментов ДНК, которая открывает новые горизонты в вычислительной технике.

Настанет день, когда единственный студент за лабораторным столом сможет создавать большее количество логических схем, чем производится во всем мире в течение месяца. Так считает Крис Дуайер (Chris Dwyer), инженер из Дюкского университета. Секрет в том, что вместо кремниевых микрочипов, служащих основой для современных вычислительных машин, можно будет применять структуры, использующие уникальные свойства ДНК — двойной спирали, хранящей генетические программы живых организмов.

В своих недавних экспериментах Крис Дуайер продемонстрировал, как путем простого смешивания видоизмененных фрагментов ДНК с другими молекулами можно создавать буквально миллионы полностью идентичных крошечных структур, внешне напоминающих вафли. Эти наноструктуры могут быть использованы в качестве строительных блоков для устройств в различных областях — от биомедицины до вычислительной техники.

«Когда свет попадает на хромофоры, они поглощают энергию излучения, испуская электроны», — говорит Дуайер. «Высвободившаяся энергия поглощается другим типом хромофоров, которые после этого испускают свет на другой длине волны. Эта разница позволяет легко отличить «входящий» свет от «исходящего» с использованием детектора».

Можно заставить основанные на фрагментах ДНК структуры работать подобно элементам кремниевых микросхем, используя для переключения между состояниями «0» и «1» не электричество, а световое излучение. Технология кремниевых чипов уже достигла своих физических пределов, и ученые вынуждены искать альтернативные пути повышения быстродействия компьютеров. Одним из таких путей является предложенная Дуайером методика.

ДНК — хорошо изученная молекула, состоящая из взаимосвязанных повторяющихся блоков (нуклеотидов). Необходимые фрагменты ДНК могут быть синтезированы путем смешивания различных нуклеотидов, благодаря их естественной способности присоединять к себе строго определенные области других фрагментов ДНК. Когда все необходимые «ингридиенты» смешаны, они способны образовывать миллионы идентичных копий одного фрагмента. Их синтез относительно прост и дешев.

В данном эксперименте похожие на вафли структуры с хромофорами на «переборках» формировались из 16 базовых частей. Для построения более сложных схем можно создавать более крупные «вафли» либо составлять их из нескольких мелких. Применение таких наноструктур возможно не только в вычислительной технике. По сути, «вафли» являются сенсорами, которые можно «настроить» на выявление маркеров различных заболеваний в крови человека.

По пресс-релизу Duke University