Innovatie & Strategie

Wetenschap
DNA helix

Verlenging van de wet van Moore? DNA vormt sleutel

 Supergeleiding bij kamertemperatuur opent nieuwe wereld.

© CC BY-SA 2.0 - Flickr.com Karl-Ludwig Poggemann
3 augustus 2022

 Supergeleiding bij kamertemperatuur opent nieuwe wereld.

Supergeleiding is al zeker 50 jaar een belofte voor het bouwen van heel snelle en energiezuinige elektronica. De weerstand in supergeleidend materiaal is vrijwel afwezig, waardoor problemen met energieverlies en warmteontwikkeling niet optreden. Om materialen supergeleidend te krijgen, zijn doorgaans extreem lage temperaturen nodig, wat de toepasbaarheid in de weg zit. Maar daar komt nu verandering in.

Het was al langer bekend dat buisjes van koolstofatomen (nano carbon tubes) wanneer ze zijn gearrangeerd in gestapelde roosters bij kamertemperatuur supergeleidende eigenschappen hebben, zoals die in theorie al beschreven zijn door William A. Little - een natuurkundige van Stanford University - in de jaren 70 van de vorige eeuw. Een belangrijk probleem bij het maken van deze nanotube-roosters, zat in de controle over de chemische reacties die nodig zijn om de juiste roosterstructuur te krijgen die de beoogde functie mogelijk maken.

Zoals vaker blijkt teruggrijpen naar onderzoek over hoe de natuur werkt een oplossing te bieden voor complexe problemen. In dit geval bood een in de biologie en gezondheidszorg populaire nieuwe onderzoeksmethode - de cryo-electron microscopy (cryo-EM) - uitkomst. Een specialist op dit gebied - Edward H. Egelman, een postdoc van de faculteit Biochemistry and Molecular Genetics van de Virginia School of Medicine-universiteit, keek samen met een student - Leticia Beltran - naar de inzet van DNA als katalysator voor het chemische proces om roosters van nanotubes te maken.

Biologische hulp bij materiaalkunde

Met de cryo-EM-technologie konden zij het proces volgen dat plaatsvindt op een schaal van miljardste millimeters. Zo bleek dat met korte strengetjes kunstmatig gefabriceerd DNA met de basevolgorde CCCGCCCCCCCGCCC - waarbij C staat voor Cytocine en G voor Guanine - de nanotubes op de juiste afstand bij elkaar gebracht konden worden om met elkaar te reageren zodanig dat het gewenste rooster ontstaat.

Volgens Egelman toont dit werk aan dat cryo-EM niet alleen heel waardevol kan zijn voor biomedisch onderzoek, maar ook enorme waarde heeft voor onderzoek naar nieuwe materialen waar de techniek nog nauwelijks voor wordt ingezet.

Het nanotuberooster dat de twee hebben gemaakt moet nu nog verder worden onderzocht of het daadwerkelijk de supergeleidende eigenschappen heeft die theoretisch zijn bewezen. In combinatie met andere vorderingen die de afgelopen jaren zijn gemaakt op het gebied van supergeleiding, komt een substantiële versnelling van elektronica in zicht. Die is nodig omdat het versnellen van computerchips via miniaturisering van de componenten daarop - jarenlang de basis voor de wet van Moore - aan zijn natuurkundige grenzen is gekomen.

Het werk van Egelman en Beltran is gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijk tijdschrift Science.

Lees meer over
Reactie toevoegen
De inhoud van dit veld is privé en zal niet openbaar worden gemaakt.