Utilizan ADN para el montaje semiautomático de un transistor de grafeno

El ADN es el plano de construcción de la vida. ¿Podría también podría convertirse en la plantilla para fabricar una nueva generación de chips que en vez de estar basados en el silicio estuvieran basados en un material experimental conocido como grafeno?
Esa es la teoría a partir de la cual el equipo de la ingeniera química Zhenan Bao, de la Universidad de Stanford en California, ha desarrollado un revolucionario proceso de fabricación.
Bao, Anatoliy Sokolov y Fung Ling Yap, esperan resolver un problema que oscurece el futuro de la electrónica: Los consumidores esperan que los chips de silicio sean cada vez más pequeños, más rápidos y más baratos, pero los ingenieros temen que este ciclo acabe deteniéndose en un callejón tecnológico sin salida.
Esto se debe a cómo trabajan los chips de silicio.
Todo comienza con la noción de lo que es un semiconductor, un tipo de material que puede ser inducido a conducir o detener el flujo de electricidad. El silicio ha sido el material semiconductor más popular utilizado para fabricar chips.
La unidad básica de trabajo de un chip es el transistor. Los transistores son como pequeñas puertas que dejan pasar a la electricidad o impiden su paso, creando los ceros y unos que permiten la ejecución de un software.
Para producir chips más potentes, los diseñadores han hecho dos cosas simultáneamente: Reducir el tamaño de los transistores y lograr que esas puertas se abran y se cierren cada vez más rápido.
El resultado neto de estas acciones ha sido concentrar más electricidad en un espacio más reducido. Hasta el momento, esta filosofía de diseño ha permitido producir chips más pequeños, más rápidos, y más baratos. Pero tarde o temprano se llegará a un límite, a partir del cual el calor excesivo y otras condiciones indeseables perturbarán el funcionamiento interno de los chips de silicio más allá de lo tolerable.
Se necesita, por tanto, un material que permita fabricar transistores más pequeños, que operen más rápido y que usen menos energía.
El grafeno tiene las propiedades físicas y eléctricas necesarias para convertirse en el material semiconductor principal para esa nueva generación de chips, si se consigue desarrollar un modo eficaz de trabajar con él en cantidades industriales.
El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En ella, los átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel. Eléctricamente este enrejado de átomos de carbono es un conductor muy eficiente.

A la derecha se observa un "panal" de átomos de grafeno. A la izquierda, una doble hebra de ADN. Las esferas blancas representan iones de cobre, parte fundamental del proceso químico del ensamblaje. El fuego representa el calor que es un ingrediente esencial en la técnica. (Imagen: Anatoliy Sokolov)
Bao y otros investigadores creen que cintas de grafeno, colocadas extendidas una al lado de otra, podrían crear circuitos semiconductores. Teniendo en cuenta las pequeñas dimensiones del material y sus propiedades eléctricas favorables, las nanocintas de grafeno permitirían obtener chips muy rápidos, que además trabajarían con un consumo muy bajo de energía.
Sin embargo, como se puede imaginar, producir algo que tiene sólo un átomo de espesor y de 20 a 50 átomos de ancho es un desafío importante.
Para superar este desafío, el equipo de la Universidad de Stanford concibió la idea de usar el ADN como mecanismo de montaje.
Físicamente, las hebras de ADN son largas y delgadas, y tienen aproximadamente las mismas dimensiones que las cintas de grafeno que los investigadores quieren ensamblar de la manera más eficiente posible.
Químicamente, las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que forma el grafeno.
El equipo de Bao comenzó con un diminuto disco de silicio, a fin de tener el substrato para su transistor experimental. El disco fue sumergido en una solución de ADN de origen bacteriano y se usó una técnica ya conocida para "peinar" las hebras de ADN hasta dejarlas en forma de líneas relativamente rectas.
A continuación, el ADN sobre el disco fue expuesto a una solución de sal de cobre. Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran absorbidos dentro del ADN.
El paso siguiente fue calentar el disco y bañarlo en gas metano, el cual contiene átomos de carbono. Una vez más, las fuerzas químicas entraron en escena y ayudaron de manera decisiva a llevar adelante el proceso de ensamblaje. El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de carbono en el ADN y en el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron rápidamente unos con otros formando "panales" estables de grafeno.
Los átomos sueltos permanecieron cerca de los respectivos sitios desde donde se desprendieron de las hebras de ADN, y de este modo conformaron cintas que siguieron la estructura del ADN.
El proceso con ADN agiliza de manera enorme la fabricación de las estructuras de grafeno, y a partir de aquí es fácil preparar un transistor. La nueva técnica demuestra por vez primera la viabilidad de emplear ADN para el montaje rápido de cintas de grafeno y para la fabricación subsiguiente de transistores plenamente funcionales.
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