Tranzistor manipuluje s molekulami
Srdcem moderní elektroniky je tranzistor, který ve funkci ventilu řídí tok elektronů. Vědci z Berkeley vytvořili první tranzistor, jehož rozměry jsou v oblasti nanometrů a který místo elektronů řídí molekuly. Takový nanotranzistor může pomoci analyzovat velmi malá množství molekul. To by mohlo vést k extrémně časné diagnostice některých nemocí již ve stadiu, kdy je postiženo pouze několik buněk. Význam pro terapii takových onemocnění by byl nedozírný.
Laboratorní postupy se stále více miniaturizují tak, aby bylo možno provádět miliony experimentů současně a dramaticky urychlit analýzy DNA, proteinů a dalších molekul. I když existují ventily a čerpadla, umožňující pracovat v oblasti mikrometrů, další miniaturizace do rozměrů řádu nanometrů není snadná. Místo toho nyní vědci spekulují s tím, že by křemíkový tranzistor řídil ionty, rozptýlené v kapalině stejně, jako to dělá s elektrony.
Nejdříve byl učiněn pokus ovládat ionty přiložením elektrického náboje na povrch mikrokanálků. Ionty se však rychle přemísťují ke stěnám kanálku, vyrovnávají napětí a zbytek kapaliny je stíněn před další elektrickou manipulací. Následně se ukázalo, že kanálek o průměru menším než 100 nanometrů je dostatečně tenký na to, aby se toto stínění odstranilo. Pomocí 35 nanometrů vysokého kanálku mezi dvěma křemíkovými destičkami naplněného roztokem chloridu draselného se prokázalo, že napětí, přiložené na tento nanotranzistor, může zapínat a vypínat tok iontů draslíku. Odpovídající výsledky poskytl tranzistor, zhotovený z křemíkových trubiček o průměru 10 až 100 nanometrů.
Většina biomolekul nese elektrický náboj a tranzistor může účinně manipulovat s fragmenty DNA. Vědci pracují s představou nanotranzistoru, který by mohl rychle roztřídit spoustu molekul v buňkách podle jejich hmotnosti a náboje, tím by pomohl připravit DNA pro řazení nebo pro hledání markerů různých nemocí.
V současnosti pracují tranzistory s množstvím řádově jeden femtolitr (10-15 l) roztoku nebo ještě menším. Teoreticky by mohly s dostatečnou přesností manipulovat s jednotlivými biomolekulami, zachytit je a umožnit jejich studium buď světlem, nebo jiným způsobem excitace. Křemík nabízí možnost konstruovat konvenční a nanofluidní tranzistory na jednom čipu a umožnit tak přímo počítačové řízení chemických a biologických dějů. Týmu Aruna Majumdara z Berkeley se podařilo ztenčením stěn kanálku dostatečně snížit hodnotu přepínacího napětí, která byla v prvních prototypech příliš vysoká. Doufají, že nanofluidní tranzistory bude tak možno během jednoho roku zapojit do integrovaných obvodů a významně tak rozšířit možnosti jejich využití.