Jyväskylän yliopiston Boxuan Shenin ensi viikolla tarkastettavassa väitöskirjatyössään, kerrotaan miten DNA molekyylin avulla voidaan rakentaa nanokokoluokan sähköisiä ja optisia laitteita. Niitä voivat olla rusetin muotoiset optisia antennit ja yhden elektronin transistorit.
DNA-pohjainen nanoteknologia on kasvava ala, jossa DNA molekyylin itsejärjestäytyvyyttä hyödyntämällä voidaan muodostaa Boxuan Shenin mukaan erimuotoisia ja tarkasti suunniteltavia nanorakenteita. Etuna DNA:ssa on se, että sen itsejärjestäytyvyys mahdollistaa miljoonien rakenteiden tai laitteiden yhtäaikaisen muodostamisen samassa koeputkessa.
”Fyysikkona minua on aina kiehtonut käyttää DNA rakenteita erilaisissa fysiikan sovelluksissa, mutta valitettavasti DNA:n heikot sähköiset ja optiset ominaisuudet ovat toistaiseksi rajoittaneet tätä.”, Boxuan Shen kertoo.
Hän kehitti uuden menetelmän, jossa DNA:n itsejärjestäytyvyyden avulla voidaan läpinäkyvälle pinnalle muodostaa metallisia nanorakenteita, joilla on halutut optiset ominaisuudet. Tutkimuksen yhteydessä valmistettiin muun muassa safiiripintoja, jotka oli kauttaaltaan peitetty kultaisilla nanoruseteilla. Niitä voidaan soveltaa esimerkiksi molekyylien tunnistuksessa.
Jos rakenteet saataisiin tulevaisuudessa vielä ohjattua säännölliseksi hilaksi, voitaisiin kyseistä valmistusmenetelmää käyttää mm. näkymättömyysmateriaalien ja superlinssien valmistuksessa.
”Optisten sovellusten lisäksi DNA tarjoaa myös uusia mahdollisuuksia sähköisten virtapiirien valmistuksessa.”, Shen toteaa.
Yhden elektronin transistori
Tämän hetken yksi mielenkiintoisimmista sähköisistä komponenteista on yhden elektronin transistori. Shen pyrki kollegoineen muodostamaan yhden elektronin transistoreita yhdistämällä kolme kultananohiukkasta yhteen DNA-rakenteeseen.
Tällaisia kultananohiukkasten ja DNA-rakenteen muodostamia kokonaisuuksia vangittiin sähkökentillä nanojohtimien väliin, jolloin ne muodostivat kokonaisen virtapiirin. Väitöskirjatyössä osoitettiin, että vangitut rakenteet toimivat yhden elektronin transistoreina huoneenlämpötilassa.
LISÄÄ: M.Sc. Boxuan Shen fysiikan väitöskirjan ‘’Applications of DNA selfassembled structures in nano-electronics and plasmonics” (LINKKI, pdf, 11,7 Mt)
Kuva: Uudenlaisia miniatyyriantenneja – Jyväskylä ja Aalto mukana, uutinen 4.2.2018 Uusiteknologia.fi:ssä (LINKKI)