Диоды и резисторы смогли собрать из белков

В рамках экспериментального исследования ученые создали самособирающиеся схемы на основе белков, которые могут выполнять простые логические функции. Работа демонстрирует возможность создания стабильных цифровых схем, использующих свойства электрона в квантовых масштабах.

Одним из камней преткновения при создании молекулярных схем является то, что при уменьшении размера схемы они становятся ненадежными. Это происходит потому, что электроны, необходимые для создания тока, на квантовом уровне ведут себя как волны, а не как частицы. Например, в цепи с двумя проводами, находящимися на расстоянии одного нанометра друг от друга, электрон может "туннелировать" между двумя проводами и фактически находиться в обоих местах одновременно.

Кьечи и соавтор работы Синкай Цю из Кембриджского университета построили новые схемы, сначала поместив два разных типа фуллереновых клеток на узорчатые золотые подложки. Затем они погрузили структуру в раствор фотосистемы один (PSI), широко распространенного белкового комплекса хлорофилла.

Различные фуллерены побудили белки PSI к самосборке на поверхности в определенных ориентациях, создавая диоды и резисторы после нанесения на них верхних контактов из жидкой эвтектики галлий-индиевого металла EGaIn. Этот процесс одновременно устраняет недостатки одномолекулярных соединений и сохраняет молекулярно-электронную функцию.

Исследователи соединили самособирающиеся белковые ансамбли с электродами, изготовленными человеком, и создали простые логические схемы, которые использовали поведение туннелирования электронов для регулирования тока.

Исследователи создали из этих схем простые логические вентили AND/OR на основе диодов и включили их в импульсные модуляторы, которые могут кодировать информацию путем включения или выключения одного входного сигнала в зависимости от напряжения на другом входе.