科学家成功通过蛋白质做出自组装逻辑电路

近日，科学组在一项概念验证研究中，成功创建能够执行简单逻辑功能的自组装蛋白质电路，该研究的成功表明：利用电子在量子尺度上的特性来创建稳定的数字电路是可行的。
由于电路尺寸的减小，电路变得不可靠，这是因为创建电流所需的电子在量子尺度上表现得像波，而不是粒子。举个例子，在一个有两根相距一纳米的电线的电路上，电子可在两根电线之间运输并有效地同时出现在两个地方，从而使得电流的方向难以控制，而分子电路可以缓解这些问题，但如上文所述，电路尺寸的减小导致电路不可靠，这也是研发分子电路最大的问题。
北卡罗来纳州立大学化学系副教授Ryan Chiechi表示：“我们的目标是尝试创建一个分子电路，利用隧道的优势，而不是对抗它。”
据了解，Chiechi和来自剑桥大学的Xinkai Qiu是通过将两种不同类型的富勒烯笼子放置在有图案的金基底上，从而构建电路，再将其结构光系统一（PSI）的溶液中（这是一种含有叶绿素蛋白质的复合物）。
不同的富勒烯诱导PSI蛋白以特定的方向在表面上自组装，一旦镓铟液态金属共晶的顶部触点被印在上面，就会产生二极管和电阻。这过程解决了分子电路的最大难题，使得分子电路有时限的可能性。
Chiechi还表示“定向的PSI能整流，这意味着它只允许电子向一个方向流动。通过控制PSI集合体的净方向，我们可以决定电荷如何流过它们。”
研究人员将自组装的蛋白质组合和电极结合起来，制成简单的逻辑电路，并通过电子隧道行为来调节电流。
研究人员成功通过这些电路制造出基于二极管的AND/OR逻辑门，并将其纳入脉冲调制器，该调制器可根据另一个输入信号的电压，通过打开或关闭一个输入信号编码信息，虽然在速度上无法与现代逻辑电路相提并论，但依然是迄今为止报道以来最快的分子逻辑电路之一。
"这是一个概念验证的初级逻辑电路，它同时依赖于二极管和电阻，"Chiechi说。"这可以表明可以用蛋白质建立强大的、能在高频率下工作的集成电路。就眼前的效用而言，这些基于蛋白质的电路可能会导致电子设备的发展，从而增强、取代和/或扩展经典半导体的功能。"
该研究及具体细节已整理发表在学术杂志《自然通讯》上。