IBM setzt DNA bei der Chipentwicklung ein

Neues Verfahren ermöglicht kleinere Chips

Wissenschaftler im IBM Almaden Research Center im kalifornischen San Jose testen bei der Entwicklung neuer Computerchips den Einsatz künstlicher DNA. Ziel der Forscher um die Biochemikerin Jennifer Cha und den Chemiker und Materialexperten Greg Wallraff, ist es, neue Verfahren zur Chipherstellung zu entwickeln.

Die Forscher wollen sich dabei die Eigenschaft von Desoxyribonukleinsäure (DNS bzw. DNA) zunutze machen, sich selbst in bestimmten vorhersehbaren Strukturen zu organisieren. Diese bilden dann eine Schablone, auf der Nano-Elemente wie Nanodrähte aus Silizum oder Nanoröhren aus Kohlenstoff aufgesetzt werden sollen. Dieses Verfahren soll die derzeit übliche Strukturierung durch Lithographie ergänzen.

"Ein Vorteil ist die Möglichkeit, Schaltkreise mit Merkmalen zu bauen, die viel kleiner sind als es mit den heutigen lithografischen Fertigungstechniken möglich ist", beschreibt Wallraff gegenüber Golem.de in einem per E-Mail geführten Interview. So sollen zukünftig Strukturen von nur 2 Nanometern Größe möglich sein. Heutige Chips haben Merkmale mit einer durchnittlichen Größe von 45 Nanometern.

Die Forscher nutzen dabei ein Verfahren, DNA-Origami genannt, das Paul Rothemund vom California Institute of Technology (Caltech) entwickelt hat. Rothemund nutzt die Tatsache, dass sich komplementäre DNA-Basenpaare automatisch miteinander verbinden, um DNA-Moleküle zum komplexen Strukturen anzuordnen. Auf diese Weise ist es dem Wissenschaftler gelungen, Smileys oder eine Landkarte von Nord- und Südamerika aus DNA herzustellen, wie er auf seiner Website dokumentiert hat.

Analog wollen die IBM-Forscher Chips herstellen: Zunächst werden einzelne DNA-Moleküle auf der Chip-Oberfläche platziert. Dann kommen längere DNA-Stränge hinzu, die sich dann so anordnen, dass sie die Muster für die Nanoschaltkreise formen.

Einer Schwierigkeit, der sich die Wissenschaftler dabei gegenüber sehen, ist, dass sie biologische Moleküle mit nicht-biologischen verbinden müssen. "Das Fehlen einer natürlichen Schnittstelle zwischen Biomolekülen und synthetischen, elektronischen Materialien erfordert, dass wir neue Wege für eine molekulare Interaktion dieser beiden Systeme finden", erklärt Cha. "Momentan schaffen wir es, dass sich Biomoleküle wie DNA an elektronisches Material wie einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren koppeln, indem wir molekulare Interaktionen zwischen den Basen der einfachen DNA-Stränge und der aromatischen Oberfläche der Nanoröhren betreiben."

Eine anderes Problem nennt Wallraff: Die DNA-Moleküle organisieren sich nicht immer so genau, wie es die Forscher gern hätten. So könnten sich in die DNA-Strukturen Verzerrungen einschleichen. "Die Bedeutung solcher defekter Formationen ist eines unserer derzeitigen Forschungsgebiete", erklärte er.

Bis aus diesem Forschungsprojekt eine Technik für die Serienfabrikation wird, wird es denn auch noch eine Weile dauern. Von "bestenfalls 10 bis 20 Jahren" gehen die Wissenschaftler aus.