Pada tahun 1965, salah satu pendiri Intel Gordon Moore membuat prediksi tentang komputasi yang berlaku sampai hari ini. Hukum Moore, sebagaimana diketahui, meramalkan bahwa jumlah transistor yang dapat kami masukkan ke sirkuit — dan dengan demikian, kecepatan pemrosesan efektif komputer kami — akan berlipat ganda kira-kira setiap dua tahun. Cukup luar biasa, aturan ini telah akurat selama hampir 50 tahun, tetapi kebanyakan ahli sekarang memperkirakan bahwa pertumbuhan ini akan melambat pada akhir dekade.
Namun, suatu hari, pendekatan baru yang radikal untuk membuat semikonduktor silikon memungkinkan laju ini berlanjut — dan bahkan dapat mempercepatnya. Sebagaimana dirinci dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam Prosiding National Academy of Sciences bulan ini, tim peneliti dari University of California di Santa Barbara dan di tempat lain telah memanfaatkan proses evolusi untuk menghasilkan enzim yang menghasilkan struktur semikonduktor baru.
"Ini seperti seleksi alam, tetapi di sini, ini adalah seleksi buatan, " Daniel Morse, profesor emeritus di UCSB dan rekan penulis penelitian, mengatakan dalam sebuah wawancara. Setelah mengambil enzim yang ditemukan di spons laut dan memutasinya menjadi berbagai bentuk, "kami telah memilih satu dari sejuta DNA mutan yang mampu membuat semikonduktor."
Dalam penelitian sebelumnya, Morse dan anggota tim peneliti lainnya telah menemukan silicatein — enzim alami yang digunakan oleh spons laut untuk membuat kerangka silika mereka. Mineral, seperti yang terjadi, juga berfungsi sebagai blok bangunan chip komputer semikonduktor. “Kami kemudian mengajukan pertanyaan — dapatkah kami merekayasa secara genetis struktur enzim untuk memungkinkannya memproduksi mineral dan semikonduktor lain yang biasanya tidak diproduksi oleh organisme hidup?” Kata Morse.
Untuk memungkinkan hal ini, para peneliti mengisolasi dan membuat banyak salinan dari bagian DNA spons yang mengkode silicatein, kemudian secara sengaja memperkenalkan jutaan mutasi berbeda dalam DNA. Secara kebetulan, beberapa di antaranya kemungkinan akan mengarah pada bentuk silikat mutan yang akan menghasilkan semikonduktor berbeda, alih-alih silika — proses yang mencerminkan seleksi alam, meskipun pada skala waktu yang jauh lebih pendek, dan diarahkan oleh pilihan manusia daripada bertahan dari yang terkuat. .
Enzim asli diambil dari spons laut, yang menggunakannya untuk membuat kerangka silika mereka. (Foto melalui Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Untuk mengetahui bentuk DNA silikat mutasi mana yang akan mengarah ke semikonduktor yang diinginkan, DNA perlu diekspresikan melalui mesin molekuler sel. "Masalahnya adalah, walaupun silika relatif tidak berbahaya bagi sel-sel hidup, beberapa semikonduktor yang ingin kita hasilkan akan beracun, " kata Morse. “Jadi kami tidak bisa menggunakan sel hidup — kami harus menggunakan pengganti sintetis untuk sel.” Sebagai pengganti sel buatan, tim menggunakan gelembung kecil air yang terbentuk di sekitar manik-manik plastik. Bentuk berbeda dari spons DNA laut melekat pada masing-masing dari jutaan manik-manik, dan bahan kimia yang diperlukan untuk DNA untuk diekspresikan sebagai enzim dimasukkan dalam air.
Selanjutnya, "sel-sel" manik plastik terbungkus dalam minyak, yang bertindak sebagai membran sel buatan. Manik-manik itu kemudian dimasukkan ke dalam larutan yang mencakup bahan kimia (silikon dan titanium) yang dibutuhkan untuk enzim mutan untuk mulai membangun mineral semikonduktor di bagian luar manik-manik.
Setelah memberikan waktu bagi enzim untuk melakukan pekerjaan pembuatan mineral, manik-manik dilewatkan melalui sinar laser, di sebelah sensor yang secara otomatis terdeteksi ketika salah satu semikonduktor yang diinginkan (silikon dioksida atau titanium dioksida) dilewati. Setelah itu, manik-manik yang berhasil — manik-manik yang memiliki semikonduktor ini terakumulasi di sisi luarnya — dipecah terbuka sehingga DNA mutannya dapat diisolasi dan efeknya dapat dikonfirmasi.
Berbagai bentuk silikon dioksida saat ini digunakan dalam produksi chip komputer, sedangkan titanium dioksida digunakan dalam pembuatan sel surya. Produksi zat seperti ini menggunakan enzim biologis dan evolusi terarah adalah yang pertama.
Meskipun ini tidak berarti bahwa para peneliti memiliki sel yang memompa chip komputer, ini menunjukkan metode baru untuk menciptakan semikonduktor. Semikonduktor yang dibuat oleh enzim mutan dalam percobaan, Morse mengatakan, "belum pernah diproduksi di alam, dan belum pernah diproduksi oleh enzim, tetapi mereka saat ini digunakan di industri untuk semua jenis komunikasi dan pemrosesan informasi. ”Beberapa tahun ke depan, bentuk semikonduktor baru dan khusus yang diproduksi menggunakan metode ini bahkan dapat berperan dalam memastikan prediksi Gordon Moore tetap benar.
