DNA技術集成3D納米電子器件

    隨着全球科學家對DNA結構與功能的不斷探索，DNA所具有的自組裝特性、穩定且可程式設計的結構優勢以及良好的生物相容性為DNA納米技術的發展奠定了良好的基礎。美國哥倫比亞大學工程學院等科學家攜手，利用DNA分子自組裝技術，首次實現了三維(3D)納米電子器件的自主構建。

    從二維到三維能顯著增加電子產品的密度和計算能力，這一新工藝也有助於開發受大自然啟發的人工智能系統。例如，模仿人腦天然三維結構的電子器件，在運行模仿人腦的人工智能系統的效率有望優於二維架構。

    現有電子製造工藝如同精密切割鑽石，可通過電子束在材料表面逐層雕刻出電路。然而，這種自上而下的方式不僅耗能巨大，而且在堆疊多層結構、創建複雜結構，並以經濟高效的方式製造三維器件時，良品率會斷崖式下跌。受DNA折紙技術的啟發，研究團隊開發出一種可擴展的納米製造技術。納米製造技術是納米科技的四大領域之一，納米製造技術作為納米技術的中心之一，是糅合其它各種學科的基本“藝術”，是當前納米科學研究的基礎，它不僅為納米科學各個領域的研究和拓展提供強有力的手段，而且是未來納米產業的支柱。此次哥倫比亞大學工程學院等科學家應用的納米技術結合了自下而上和自上而下的方法，可在金微陣列上選擇性生長三維DNA框架，從而製造出三維納米結構電子器件。

    研究人員指出，DNA折紙技術是利用DNA分子所具有的結構特徵和堿基互補配對原則折疊長鏈DNA上的特定區域，再通過短鏈的固定，構造出預期的結構。由於DNA折紙技術的實驗條件較為簡單，同時組裝又具有高效性，利用DNA折紙技術組裝的納米材料或分子，能製備出具有一定光電性質的納米器件載體。DNA折紙技術的核心原理是將一條長鏈DNA與設計好的短鏈DNA通過堿基互補配對折疊成目標形狀，形成穩定的納米級結構。此次研究團隊首先在一塊表面上鋪設金微型方塊陣列，隨後在其上附着短鏈DNA。金陣列錨定DNA折紙框架並促進其在表面特定區域有序生長，自組裝成三維DNA框架。接着，他們使用納米級氧化矽塗覆這些DNA框架，並在其間鑲嵌半導體氧化錫，製造出的氧化錫超晶格被集成為光電流響應器件。結果顯示，這一光感測器在被照亮時會作出電回應。

    研究團隊表示，他們能在硅片上的特定位置放置數千個這樣的結構，這種可擴展方式將徹底改變製造複雜三維電子器件的方式。他們希望借助這一新方法，使用多種材料製造出更複雜的電子器件，未來可以更高效應用於醫療等領域。

    美    子