Πολλοί ζωντανοί οργανισμοί είναι απολύτως ικανοί να παράγουν εντυπωσιακούς κρυστάλλους, όπως αυτούς που αποτελούν το κέλυφος των κοχυλιών. Οι ζωντανοί οργανισμοί αδυνατούσαν μέχρι σήμερα να κατασκευάσουν ανόργανα υλικά, όπως ημιαγωγούς. H καθηγήτρια του Πανεπιστημίου MIT της Βοστώνης Αντζελα Μπέλτσερ, όμως, έδωσε τη λύση δημιουργώντας καλοήθη ιό, ο οποίος παρήγαγε, μέχρι στιγμής, τριάντα ανόργανα υλικά με αγώγιμες ή μαγνητικές ιδιότητες. Σε δημοσίευση στην επιστημονική επιθεώρηση Nature, η ομάδα της δρος Μπέλτσερ αναφέρει ότι αλλοίωσε επιλεκτικά τον γενετικό κώδικα διάφορων ιών, ώστε αυτοί να παράγουν μικροσκοπικά καλώδια κατασκευασμένα από υλικά με μαγνητικές και ημιαγωγές ιδιότητες. Τέτοια καλώδια ίσως σύντομα να αποτελούν τον θεμέλιο λίθο των μικροσκοπικών κυκλωμάτων στα ηλεκτρονικά είδη επόμενης γενιάς. «Είναι εντυπωσιακό. O κρύσταλλος δεν κατασκευάζει μόνο αυτό το όμορφο καλώδιο ημιαγωγό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά όλοι οι κρύσταλλοι βρίσκονται σε σειρά», λέει η δρ Μπέλτσερ. Το σχήμα των νέων καλωδίων δεν είναι μόνο καλαίσθητο, αλλά και χρηστικό, σύμφωνα με τον Ουίλιαμ Ρις, διευθυντή του εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας του Πανεπιστημίου Georgia Tech και σύμβουλο του αμερικανικού υπουργείου Εσωτερικής Ασφάλειας: «Ολόκληρος ο τομέας της νανοηλεκτρονικής εξαρτάται από την ικανότητα μαζικής παραγωγής φθηνών υλικών. H δρ Μπέλτσερ άνοιξε την πόρτα για κάτι τέτοιο». Αν και τα περισσότερα νανοκαλώδια τείνουν να μην είναι ομοιόμορφα, αυτά της δρος Μπέλτσερ εμφανίζουν κανονικά σχήματα, ίδιες διαμέτρους και μήκη.
Η επιστημονική ομάδα του MIT αξιοποίησε τον ιό σαν προσωρινό ικρίωμα, πάνω στο οποίο αναπτύχθηκαν οι κρύσταλλοι. Οι ιοί τροποποιούνται αρχικά με την έγχυση λίγων αλυσίδων αμινοξέων, που έχουν την ιδιότητα να προσελκύουν συγκεκριμένες ουσίες, όπως θειούχο ψευδάργυρο και θειούχο κάδμιο. Καθώς τα υλικά αρχίζουν να σχηματίζουν κρυστάλλους πάνω στους ιούς, η δρ Μπέλτσερ προσθέτει ίχνη θειούχου ψευδαργύρου και θειούχου καδμίου σε διάλυμα, προκαλώντας την ανάπτυξη των κρυστάλλων σε νανοκαλώδια. O ιός αφαιρείται αμέσως μετά σε κλίβανο. Τα πάντα είναι θέμα μοριακής αναγνώρισης και γενετικού προγραμματισμού. «Προγραμματίσαμε τον ιό να αναπτύσσει συγκεκριμένο υλικό σε συγκεκριμένο μήκος. Αφού κάψαμε τον ιό, μείναμε με καλώδια ημιαγωγούς ενός κρυστάλλου», εξηγεί η επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας του MIT δρ Μπέλτσερ. Αν και η ομάδα εκδηλώνει τον ενθουσιασμό της για την αποτελεσματικότητα των ιών, έχει αρχίσει να πειραματίζεται και με άλλους οργανισμούς.
Πρόκειται για επανάσταση
Ο διευθυντής ερευνών Φυσικής της εταιρείας υπολογιστών IBM, Τόμας Τάις, περιγράφει τη δουλειά της δρος Μπέλτσερ ως μέρος άοκνης προσπάθειας με στόχο τη μέγιστη δυνατή σμίκρυνση των περίπλοκων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. «Αυτού του είδους η χημική διεργασία μπορεί να προκαλέσει επανάσταση σε πολλές μεθόδους παραγωγής, περιορίζοντας σημαντικά το κόστος», εξηγεί ο Τάις. H δρ Μπέλτσερ ίδρυσε έτσι την εταιρεία Semzyme από κοινού με την δρα Εβελιν Χου, καθηγήτρια Ηλεκτρολογίας – Μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο της Σάντα Μπάρμπαρα στην Καλιφόρνια, ώστε να προωθήσουν την ανακάλυψη στην αγορά. H έρευνα της ομάδας Μπέλτσερ ξεκίνησε το 2000, με πειράματα πάνω σε οικογένειες ιών, για να διαπιστωθεί εάν κάποιος από αυτούς είχε την ιδιότητα να προσελκύει ημιαγωγά υλικά. Μόλις η ομάδα εντόπιζε ιό που πληρούσε τις προδιαγραφές αυτές, εξασφάλιζαν την αναπαραγωγή του εισάγοντάς τον σε ζωντανό βακτηριακό κύτταρο. «Από εκείνη τη στιγμή διαθέταμε πληθυσμό ιού, με συνάφεια στα ημιαγωγά υλικά», εξηγεί η δρ Μπέλτσερ. H ερευνητική ομάδα επανέλαβε επίμονα τα πειράματα στους υιούς που επελέγησαν, επιβεβαιώνοντας τις ιδιότητές τους. H ομάδα του MIT φιλοδοξεί ότι στο μέλλον θα μπορέσει να δουλέψει με όλα τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα, δημιουργώντας υλικά τα οποία όχι μόνο θα αναπτύσσονται μόνα, αλλά θα μπορούν ακόμη και να αυτοεπισκευάζονται. «Σχεδιάζεις ένα κύκλωμα και εάν διαπιστωθεί ρήγμα, το κύκλωμα διορθώνεται μόνο του», λέει η δρ Μπέλτσερ.