Eiwitten, virussen en DNA blijken uitermate geschikt om in te zetten
voor de productie van anorganisch materiaal, zoals halfgeleiders en
ook magnetische materialen en metalen deeltjes. De huidige fabricageroute
voor micro- en nanostructuren vereist vaak bijzonder
complexe fabricageprocessen, veelal uitgevoerd in vacuüm en onder
gecontroleerde temperatuursomstandigheden in omvangrijke chipfabrieken.
Biologische organismen zijn in staat om zeer complexe
structuren van siliciumoxides en andere halfgeleidermaterialen te
bouwen met slechts beperkte middelen en onder uiteenlopende
omstandigheden. De geschatte productie door organismen in oceanen
ligt op 3 kubieke kilometer silica per jaar, waarbij deze productie zelfs
plaats vindt in de poolzeeën bij 0 °C. Verschillende onderzoeksgroepen
in de VS werken aan karakterisatie en manipulatie van enzymen,
prionen en virussen met als doel de 'bottom up' fabricageroute voor
nanosystemen vanuit de biologie vorm te geven.
Details
De laatste jaren is in de Verenigde Staten veel onderzoek verricht aan
dit onderwerp, dat zijn origine eigenlijk vindt in de marine biologie.
Onderzoek aan schelpen, sponzen en andere zee-organismen heeft
geleid tot de ontdekking van enzymen die verantwoordelijk zijn voor de
productie en opbouw van de schelp. Een schelp bestaat meestal uit
kalk: CaCO3 (zie Figuur 1) maar er zijn ook zeesponzen bekend die een
skelet van silicium bouwen om meer sterkte te krijgen (zie Figuur 2).
Niet alleen zijn deze enzymen in staat om anorganische materialen te
maken, ook worden complexe structuren gebouwd. Eiwitten zorgen
zowel voor een soort bouwplan als voor controle over de kristalstructuur.
Organismen die van deze silica-enzymen, de zgn. 'silicateins',
gebruik maken, zijn bijvoorbeeld diatomen. Dit zijn eencellige algen
met celwanden van siliciumoxides.
Bacteriofaag herkent halfgeleiders selectief
Eén van de snelst opkomende onderzoeksgroepen in dit vakgebied is
de 'Biomolecural Materials' groep van Angela Belcher, op MIT (zie
http://belcher10.mit.edu/). Angela Belcher komt oorspronkelijk van de
'University of California Santa Barbara' waar ze onderzoek verricht
heeft aan zeeschelpen. Haar meest recente onderzoek spitst zich toe
op gebruik van genetisch gemodificeerde virussen die optische,
elektronische en magnetische materialen kunnen produceren. Het is
niet alleen gelukt om de materialen met behulp van virussen te maken,
maar ook om dunne films van deze materialen te maken, zonder dat
hier ingewikkelde apparatuur voor nodig is: het virus doet al het werk.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten