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為了不斷努力製造更小型的技術裝置,科學家們招募了一些非常微小的工人:細菌。根據《自然材料》雜誌十二月號上發表的一份報告,極端環境中微生物產生的蛋白質可以用作奈米電子學的構建塊。這項新技術可能幫助研究人員組裝比當今現有電子裝置小 10 到 100 倍的電子裝置。
美國宇航局艾姆斯研究中心的 R. 安德魯·麥克米倫和他的同事們從單細胞生物Sulfolobus shibatae中分離出一個基因,這種生物通常棲息在接近沸騰的泥漿中(見圖)。科學家們改造了這個基因,使其蛋白質產物能夠自組裝成二維晶格。此外,該晶格或模板上的某些位點可以與金屬和半導體顆粒結合。“我們克隆或添加了這個修飾後的基因片段到一個無害形式的大腸桿菌細菌中,這種細菌會快速繁殖,產生大量的新蛋白質,”團隊成員查德·帕沃拉解釋說。一旦構建的晶格足夠大,科學家們就將大腸桿菌細菌暴露於熱量中。由於Sulfolobus shibatae 習慣於高溫,工程蛋白質得以存活,但所有天然的大腸桿菌蛋白質都被破壞了。然後,研究人員將結晶的蛋白質模板放置在矽晶片上,並將其暴露於含有金和半導體顆粒的漿液中。附著在晶格上的微小碎片形成了橫向尺寸小於 5 奈米的半導體量子點和寬度為 1 到 10 奈米的金奈米顆粒。目前用於將量子點排列成功能圖案的光刻技術對於尺寸小於 100 奈米的物體用途有限。因此,這些新發現為未來的電子和光子器件帶來了希望。該研究的主要研究員喬納森·D·特倫特說:“當今電子產業的許多成功都來自於知道如何在矽基底上以有組織的方式排列材料,而使用蛋白質在奈米尺度上改進該工藝的前景令人鼓舞。”