模拟生物生长的蛋白质电路获专利

2011-4-28 11:02 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  亚利桑那大学工程师模拟生物生长发明的蛋白质电路制造工艺获得美国专利。该制造工艺是生物工程的一项突破,通过将生物过程和无电镀铜沉积结合起来,制成了内部是铜、外部是蛋白质的绝缘导线,可用来构建电路,这将使微电子学产生巨大飞跃,或将完全改变微芯片制造的方向,使之进入生物组装时代。

  该工艺的专利号为US 7,862,652 B2。发明人表示,很高兴这项技术得到认可,下一步是把该工艺从研究领域应用到纳米设备和制造过程中,用于开发微芯片或其他相关过程。

  专利的关键部分是将铜沉积到一种绝缘的微管蛋白内部,制成纳米级线路。这种微管内直径15纳米,外直径25纳米,可以生长到几微米。红血细胞直径为8微米,在它上面能并排分布320个微管。专利发明人、亚利桑那大学材料科学与工程教授皮埃尔·戴米尔解释说,在天然细胞的有丝分裂过程中,微管负责将DNA(脱氧核糖核酸)和染色体隔开,它们从一种名为伽玛微管蛋白(gamma tubulin)的种子蛋白中产生,可按照需要生长或萎缩、出现或消失。

  研究小组在线路开端印上伽玛微管蛋白,在线路终点印上某种多肽,多肽是氨基酸链,是构建蛋白质的基材。许多微管会长出来,但只有一些能到达终点,所有线路连接完成后,微管生长的溶液就会变化,没能到达终点的微管会消失,留下的微管则浸泡在铜盐溶液中。

  “关键是让微管内部的铜比外面的先行硬化。”合作发明人、材料科学与工程系的斯瑞尼·洛哈文和学生共同改良了生物沉积过程,这一改良不会破坏微管的功能和结构。他解释说,微管内部会自发形成一种组氨酸,对铜有很强的亲和性,金属化过程由此开始。恰当掌握铜盐循环周期的时机,铜就会只在微管内部形成,成为微细的绝缘导线。

  研究人员表示,传统半导体制造技术已无法满足对芯片微型化的迫切需求,而生物组装技术模拟了生物生长的方式,提供了一种能在原子和分子水平上按照需要控制结构形成的工艺过程。

  戴米尔还指出,微管蛋白纳米线天然绝缘,让设计人员能更自由地排布线路,这是非绝缘线路如光刻技术(photolithography)做不到的。除此之外,它还能在模拟光合作用的太阳能电池中汲取电流,作为电子通道与外部连接。