Em 1965, o co-fundador da Intel, Gordon Moore, fez uma previsão sobre a computação que se manteve fiel até hoje. A lei de Moore, como veio a ser conhecida, previu que o número de transistores que poderíamos armazenar em um circuito - e, portanto, a velocidade efetiva de processamento de nossos computadores - dobraria aproximadamente a cada dois anos. Notavelmente, esta regra tem sido precisa por quase 50 anos, mas a maioria dos especialistas agora prevê que esse crescimento diminuirá no final da década.
Algum dia, porém, uma nova abordagem radical à criação de semicondutores de silício poderia permitir que essa taxa continuasse - e pudesse até acelerá-la. Como detalhado em um estudo publicado na revista Proceedings, da Academia Nacional de Ciências deste mês, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Barbara e em outros lugares tem aproveitado o processo de evolução para produzir enzimas que criam novas estruturas semicondutoras.
"É como a seleção natural, mas aqui está a seleção artificial", disse Daniel Morse, professor emérito da UCSB e co-autor do estudo, em uma entrevista. Depois de pegar uma enzima encontrada em esponjas marinhas e transformá-la em várias formas diferentes, "selecionamos a de um milhão de DNAs mutantes capazes de produzir um semicondutor".
Em um estudo anterior, Morse e outros membros da equipe de pesquisa descobriram a silicatosina - uma enzima natural usada pelas esponjas marinhas para construir seus esqueletos de sílica. O mineral, por acaso, também serve como bloco de construção de chips de computador semicondutores. "Então, fizemos a pergunta - poderíamos projetar geneticamente a estrutura da enzima para possibilitar a produção de outros minerais e semicondutores normalmente não produzidos por organismos vivos?", Disse Morse.
Para tornar isso possível, os pesquisadores isolaram e fizeram muitas cópias da parte do DNA da esponja que codifica a silicatoína, e então introduziram intencionalmente milhões de mutações diferentes no DNA. Por acaso, alguns deles provavelmente levariam a formas mutantes de silicatos que produziriam diferentes semicondutores, em vez de sílica - um processo que espelha a seleção natural, embora em uma escala de tempo muito menor, e dirigido pela escolha humana em vez da sobrevivência do mais apto. .
A enzima original foi retirada de esponjas marinhas, que a utilizam para fazer seus esqueletos de sílica. (Foto via Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Para descobrir quais formas mutadas do DNA da silicatoína levariam aos semicondutores desejados, o DNA precisava ser expresso através da maquinaria molecular de uma célula. "O problema era que, embora a sílica seja relativamente inofensiva para as células vivas, alguns dos semicondutores que queremos produzir seriam tóxicos", disse Morse. "Portanto, não poderíamos usar células vivas - tínhamos que usar um substituto sintético das células." Como um substituto artificial das células, a equipe usou pequenas bolhas de água formadas em torno de contas de plástico. Uma forma diferente do DNA da esponja marinha foi anexada a cada um dos milhões de contas, e os produtos químicos necessários para o DNA ser expresso como uma enzima foram incluídos na água.
Em seguida, as "células" de contas de plástico foram encerradas em óleo, que agia como uma membrana celular artificial. As contas foram então colocadas em uma solução que incluía os produtos químicos (silício e titânio) necessários para que as enzimas mutantes começassem a construir minerais semicondutores na parte externa das contas.
Depois de algum tempo para as enzimas fazerem o trabalho de produzir minerais, as contas foram passadas por um feixe de laser, ao lado de um sensor que detectou automaticamente quando um dos semicondutores desejados (dióxido de silício ou dióxido de titânio) passava. Depois disso, as contas bem sucedidas - aquelas que tinham esses semicondutores acumulados em suas partes externas - foram quebradas para que o DNA mutante pudesse ser isolado e seu efeito pudesse ser confirmado.
Várias formas de dióxido de silício são usadas atualmente na produção de chips de computador, enquanto o dióxido de titânio é usado na fabricação de células solares. A produção de substâncias como estas usando enzimas biológicas e evolução dirigida é a primeira.
Embora isso certamente não signifique que os pesquisadores tivessem células produzindo chips de computador, isso aponta para um novo método de criação de semicondutores. Os semicondutores feitos pelas enzimas mutantes no experimento, segundo Morse, “nunca foram produzidos antes na natureza e nunca foram produzidos por uma enzima, mas atualmente são usados na indústria para todos os tipos de comunicações e processamento de informações. ”Alguns anos adiante, formas novas e especializadas de semicondutores produzidas usando esse método poderiam até desempenhar um papel em garantir que a previsão de Gordon Moore permaneça verdadeira.
