Những vi sinh vật xây mạch tích hợp.

Với virút đóng vai đội quân xây dựng theo thiết kế của "kiến trúc sư" ADN, công nghệ sinh học có thể là chìa khoá mở đường tới công nghệ "hậu quang khắc" trong chế tạo các mạch IC. Tạp chí HĐKH xin giới thiệu những nét chính bài viết của Peter Fairley đăng trên tạp chí IEEE SPECTRUM, số tháng 11.2003.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những vi sinh vật xây mạch tích hợp. Những vi sinh vật xây mạch tích hợp.Với virút đóng vai đội quân xâydựng theo thiết kế của kiến trúcsư ADN, công nghệ sinh học cóthể là chìa khoá mở đường tớicông nghệ hậu quang khắctrong chế tạo các mạch IC. Tạpchí HĐKH xin giới thiệu nhữngnét chính bài viết của PeterFairley đăng trên tạp chí IEEESPECTRUM, số tháng 11.2003.Tháng 7.2003, trước một nhómđông các nhà sinh vật học tại thànhphố New York, Angela Belcher,nhà khoa học vật liệu người Mỹ nóirằng trong vòng 6 tháng nữa phòngthí nghiệm của bà ở Viện Côngnghệ Massachusetts (MIT -Cambridge) bằng công nghệ gen sẽcó trong tay một virút khoác áo làmbằng chất bán dẫn tinh thể, biếtđịnh vị và nối liền hai điện cực.Như vậy, đây chính là phần cốt yếucủa một transito hiệu ứng trường,loại chi tiết dùng để chế tạo phầnlớn các chíp máy tính. Thành côngnày là một chứng minh hùng hồnvề vai trò thúc đẩy tiến bộ côngnghệ của sinh học đối với côngnghệ nano trong tương lai: Sản xuấtcác mạch và thiết bị có kích thướcđo bằng phần tỉ mét.Tự lắp ráp sinh học, một khả năngkỳ diệu của tạo hóa, tạo ra được cáccấu trúc phân tử phức tạp nhất màkhoa học đã từng biết tới. Lợi dụngsự chọn lọc tự nhiên qua nhiều niênđại, những tổ chức sắp xếp ba chiềunày của các nguyên tử tỏ ra rấtchính xác, tin cậy, cực kỳ tỉ mỉ,vượt xa khả năng công nghệ đươngđại. Dưới sự điều khiển của các genđược mã hoá trong ADN, tế bào tạora các prôtein làm nên các kết cấutinh tế cần cho sự sống. Và giờ đâycác nhà khoa học đã có thể làmthay đổi mã di truyền của các visinh vật theo phương châm tăngcường tính đơn giản và độ chínhxác. Nhiều nghiên cứu tiếp đó chỉra rằng, cơ chế tương tự này có thểgiúp ta thực hiện công đoạn xâydựng và lắp ráp các vật liệu, kết cấuđặc biệt trong các thế hệ tương laicủa ngành điện tử.Các con virút nói trên thực hiệnnăng lực kiến tạo mạch của nó từáo của các prôtein tương tác ở mứcphân tử với một vật liệu mà nó cầnmang vào, chẳng hạn như vẩy/hạtcủa một chất bán dẫn. Trong các dựán đang tiến hành, các nhà khoahọc sử dụng các prôtein và ADN đểkiến tạo ra các tinh thể của chất bándẫn theo phương thức lắp ráp từngnguyên tử một, gắn với các kimloại quý, biết phân biệt hạt nanonày với các hạt nano khác trên cơsở những dị biệt về tính chất điệnhọc của chúng, đồng thời đạo diễncả sự bố trí, xắp đặt của các chi tiếtnano.Xem ra bằng những nỗ lực ngàycàng gia tăng, các chuyên gia đãthuyết phục để các nhà đầu tư tinrằng, mạch tự lắp ráp bằng conđường sinh học sẽ ra đời và có thểtồn tại được trong cơ chế thịtrường. Đơn cử, quân đội Mỹ - mộttrong những nhà tài trợ đầu tiên ởlĩnh vực nghiên cứu này - quyếtđịnh, trong vòng 8 tháng họ sẽ xâydựng xong Viện Hợp tác các Côngnghệ sinh học, một trung tâmnghiên cứu trị giá 50 triệu USDgồm các thành viên là Đại họcCalifornia ở Santa Barbara, Họcviện Công nghệ Massachusetts vàViện Công nghệ California để đẩynhanh công việc nghiên cứu. Họthấy được vai trò của công nghệ lắpráp này trong việc chế tạo xenxo,các thiết bị hiển thị và lưu giữ từcũng như trong sản xuất nănglượng và trong xử lý thông tin. Hầuhết các nhà khoa học cho rằng côngnghệ này đầu tiên sẽ được sử dụngvào việc tạo ra các xenxo gồm mộtvài thiết bị kết nối với mạch silicthông thường. Nhưng đấy khôngphải là đích cuối cùng. Nhằm tạo rabước ngoặt có tính cách mạng, họlàm công nghệ gen trên các vi sinhvật để chúng xây nên các mạchkích thước nano trên cơ sở các mãdi truyền đã được cấy vào ADNcủa chúng. Bằng cách này người tacó thể loại bỏ các mẫu hình cắt gọtthành thể bán dẫn được xử lý ngàycàng khó khăn nhờ laze, plasma,các khí ngoại nhập, nhiệt độ caotrong môi trường công nghiệp đắttiền. Thay vì thế, một dịch thể gồmcác phân tử sinh học ở nhiệt độphòng, theo hiệu lệnh, sẽ thực hiệnmột vũ điệu hoá học đã lập trìnhgen để rồi kết thúc bằng sản phẩm:Một mạch chức năng có quy môkích thước nano.Transito của Angela Belcher sinhra từ một virút là kết quả của kỹthuật gen. Song không có nghĩa làcác nhà nghiên cứu đã thiết kế racon virút cũng như prôtein chophép nó làm kết tinh các chất bándẫn và gắn vào kim loại. Thay vìphát kiến ra các cơ chế này, họ giảiphóng sức mạnh của tiến hoá. Và,các kỹ sư di truyền đang tiến hoácác công cụ công nghệ nano bằngcách lựa chọn các phân tử tốt nhấtcho công việc này từ nhiều phươngán thu được trong số các quần thểlớn tiến hoá qua một số thế hệ.Trước đây, sử dụng phép tiến hoáhoàn toàn chỉ có trong quan niệm.Mãi đến năm 1997, tiềm năng củanó lần đầu tiên mới được StanleyBrown, nhà di truyền học tạiTrường Đại học Copenhagen - ĐanMạch, làm rõ. Ông đã nhận dạng raviệc các peptit - các prôtein nhỏđược tạo bởi một chuỗi ngắn cácaxit amin - có thể gắn các hạt nanobằng vàng vào nhau thành các khốicó thể thấy được, rất giống cách màcác fibrin gắn các tế bào máu vớinhau. Ba năm sau, Belcher phátkiến một phương pháp nhận dạngnhanh các peptit có khả năn ...