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为了不断努力制造更小型的技术设备,科学家们招募了一些非常微小的工人:细菌。根据《自然材料》杂志十二月号上发表的一份报告,极端环境中微生物产生的蛋白质可以用作纳米电子学的构建块。这项新技术可能帮助研究人员组装比当今现有电子设备小 10 到 100 倍的电子设备。
美国宇航局艾姆斯研究中心的 R. 安德鲁·麦克米伦和他的同事们从单细胞生物Sulfolobus shibatae中分离出一个基因,这种生物通常栖息在接近沸腾的泥浆中(见图)。科学家们改造了这个基因,使其蛋白质产物能够自组装成二维晶格。此外,该晶格或模板上的某些位点可以与金属和半导体颗粒结合。“我们克隆或添加了这个修饰后的基因片段到一个无害形式的大肠杆菌细菌中,这种细菌会快速繁殖,产生大量的新蛋白质,”团队成员查德·帕沃拉解释说。一旦构建的晶格足够大,科学家们就将大肠杆菌细菌暴露于热量中。由于Sulfolobus shibatae 习惯于高温,工程蛋白质得以存活,但所有天然的大肠杆菌蛋白质都被破坏了。然后,研究人员将结晶的蛋白质模板放置在硅晶片上,并将其暴露于含有金和半导体颗粒的浆液中。附着在晶格上的微小碎片形成了横向尺寸小于 5 纳米的半导体量子点和宽度为 1 到 10 纳米的金纳米颗粒。目前用于将量子点排列成功能图案的光刻技术对于尺寸小于 100 纳米的物体用途有限。因此,这些新发现为未来的电子和光子器件带来了希望。该研究的主要研究员乔纳森·D·特伦特说:“当今电子产业的许多成功都来自于知道如何在硅基底上以有组织的方式排列材料,而使用蛋白质在纳米尺度上改进该工艺的前景令人鼓舞。”