En 1965, el cofundador de Intel, Gordon Moore, hizo una predicción sobre la informática que se ha mantenido fiel hasta nuestros días. La ley de Moore, como se supo, predijo que la cantidad de transistores que podríamos meter en un circuito, y por lo tanto, la velocidad de procesamiento efectiva de nuestras computadoras, se duplicaría aproximadamente cada dos años. Sorprendentemente, esta regla ha sido precisa durante casi 50 años, pero la mayoría de los expertos ahora predicen que este crecimiento se desacelerará al final de la década.
Sin embargo, algún día, un enfoque radicalmente nuevo para crear semiconductores de silicio podría permitir que esta tasa continúe, e incluso podría acelerarla. Como se detalla en un estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de este mes, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara y otros lugares han aprovechado el proceso de evolución para producir enzimas que crean nuevas estructuras de semiconductores.
"Es como la selección natural, pero aquí, es una selección artificial", dijo en una entrevista Daniel Morse, profesor emérito de UCSB y coautor del estudio. Después de tomar una enzima que se encuentra en las esponjas marinas y mutarla en muchas formas diferentes, "hemos seleccionado uno en un millón de ADN mutantes capaces de hacer un semiconductor".
En un estudio anterior, Morse y otros miembros del equipo de investigación descubrieron silicatein, una enzima natural utilizada por las esponjas marinas para construir sus esqueletos de sílice. El mineral, como sucede, también sirve como bloque de construcción de chips de computadora semiconductores. "Luego hicimos la pregunta: ¿podríamos diseñar genéticamente la estructura de la enzima para que sea posible producir otros minerales y semiconductores que normalmente no producen los organismos vivos?", Dijo Morse.
Para hacer esto posible, los investigadores aislaron e hicieron muchas copias de la parte del ADN de la esponja que codifica para silicateína, y luego introdujeron intencionalmente millones de mutaciones diferentes en el ADN. Por casualidad, algunos de estos probablemente conducirían a formas mutantes de silicateína que producirían diferentes semiconductores, en lugar de sílice, un proceso que refleja la selección natural, aunque en una escala de tiempo mucho más corta, y dirigida por la elección humana en lugar de la supervivencia del más apto. .
La enzima original fue tomada de esponjas marinas, que la usan para hacer sus esqueletos de sílice. (Foto a través de Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Para determinar qué formas mutadas del ADN de sílicetein conducirían a los semiconductores deseados, el ADN debía expresarse a través de la maquinaria molecular de una célula. "El problema era que, aunque la sílice es relativamente inofensiva para las células vivas, algunos de los semiconductores que queremos producir serían tóxicos", dijo Morse. "Por lo tanto, no podíamos usar células vivas, teníamos que usar un sustituto sintético para las células". Como reemplazo artificial de las células, el equipo usó pequeñas burbujas de agua formadas alrededor de cuentas de plástico. Una forma diferente del ADN de esponja marina se unió a cada uno de los millones de cuentas, y los productos químicos necesarios para que el ADN se exprese como una enzima se incluyeron en el agua.
A continuación, las "células" de cuentas de plástico estaban encerradas en aceite, que actuaba como una membrana celular artificial. Luego se colocaron las perlas en una solución que incluía los químicos (silicio y titanio) necesarios para que las enzimas mutantes comenzaran a construir minerales semiconductores en el exterior de las perlas.
Después de dejar un tiempo para que las enzimas hagan el trabajo de hacer minerales, las perlas se pasaron a través de un rayo láser, junto a un sensor que detectó automáticamente cuando pasaba cualquiera de los semiconductores deseados (dióxido de silicio o dióxido de titanio). Posteriormente, las cuentas exitosas, aquellas que tenían estos semiconductores acumulados en su exterior, se abrieron para que el ADN mutante pudiera aislarse y su efecto pudiera confirmarse.
Actualmente se usan varias formas de dióxido de silicio en la producción de chips de computadora, mientras que el dióxido de titanio se usa en la fabricación de células solares. La producción de sustancias como estas usando enzimas biológicas y evolución dirigida es la primera.
Si bien esto ciertamente no significa que los investigadores tuvieran células bombeando chips de computadora, sí apunta a un nuevo método para crear semiconductores. Los semiconductores hechos por las enzimas mutantes en el experimento, dijo Morse, "nunca antes se habían producido en la naturaleza, y nunca antes habían sido producidos por una enzima, pero actualmente se usan en la industria para todo tipo de comunicaciones y procesamiento de información". “Unos años más tarde, las formas nuevas y especializadas de semiconductores producidos con este método podrían incluso desempeñar un papel para garantizar que la predicción de Gordon Moore se mantenga fiel.
