DNA als zukünftiger Ersatz für Silizium?

Forschung[a class="extern" href="http://people.ee.duke.edu/~dwyer/" target="_blank">Chris Dwyer von der Duke University in North Carolina, USA, forscht an einer neuen Möglichkeit, Schaltkreise zu konstruieren. Grundlage dafür soll nicht mehr Silizium sein, sondern DNA-Sequenzen. Dadurch sollen sich an einem Tag und in einem Labor deutlich mehr Schaltungen produzieren lassen, als dies derzeit weltweit pro Monat bei Silizium-Schaltungen möglich ist.

Die DNA-Schaltungen arbeiten auf Basis von Licht, wobei ein bestimmter Licht-Input verarbeitet wird und für einen bestimmten anderen Licht-Output sorgt. Damit lässt sich ein Logik-System analog dem derzeit gängigen 1/0-Modell verwirklichen, das Grundlage aller gängigen Computer-Schaltungen ist. Die DNA-Elemente sollen jedoch deutlich schneller schalten als Silizium-Transistoren. Bei Silizium wird die Information mithilfe von elektrischen Impulsen übertragen; es wird aber auch schon an Schaltungen auf Basis von Licht gearbeitet, weil man damit "drahtlos" große Mengen an Informationen praktisch verzögerungsfrei übertragen kann.

DNA-Stränge haben den Vorteil, dass sie immer aus zwei komplementären Paaren bestehen. Trennt man ein Paar, dann kann man die beiden getrennten Stränge leicht wieder durch Anlagerung von Nukleotiden vervollständigen (DNA-Replikation) und hat damit das Ausgangsobjekt verdoppelt. So lassen sich sehr schnell große Mengen gleichartiger DNA-Schaltungen herstellen. Ein Problem dürfte allerdings dabei genauso auftreten wie in unserem Körper: Mutationen und zufällige Veränderungen im Erbgut. Das Problem dürfte daher weniger in der Herstellung solcher Schaltungen liegen - auf die in der Veröffentlichung sehr viel Wert gelegt wird - als in der "Validierung". Hier müsste man wohl ebenfalls organische Möglichkeiten finden, derartige Prozesse zu beschleunigen.

Offensichtlich steht die Technik noch am Anfang und beschränkt sich derzeit auf einzelne DNA-Stränge aus 16 Elementen und Chromphoren - den Lichtübermittlern. Die Forscher sind aber überzeugt, dass sich demnächst auch wesentlich komplexere DNA-Ketten verwirklichen lassen.
Auch scheint das Problem der Validierung der hergestellten DNA-Schaltungen noch nicht geklärt. Dywer forscht jedoch auch intensiv in diese Richtung. Immerhin ist der Grundstein für eine weitere Alternative zu Silizium gelegt, was dringend notwendig ist.

Seit längerem bestehen Zweifel an der zukünftig notwendigen, möglichen Verkleinerung der Siliziumstrukturen. Da die Weiterentwicklung der Computertechnik aber eine der notwendigsten technischen Leistungen ist, wird an mehreren Fronten nach Alternativen für Silizium geforscht. Dabei stehen derzeit Kohlenstoffverbindungen - zum Beispiel Graphen - ganz oben auf der Liste der Kandidaten. Zukünftig könnte dann vielleicht die DNA-Technik von Chris Dwyer eine weitere Alternative darstellen. Bis dahin ist jedoch noch ein langer Weg zu gehen, aber die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten zeigt, dass die DNA durchaus schon als Erfolgsmodell gelten darf und kann gleichzeitig als Vorbild für vielerlei Techniken dienen.
Geldgeber sind schon in Form der National Science Foundation, dem Air Force Research Laboratory, der Defense Advanced Research Projects Agency und des Army Research Office vorhanden. An Finanzmitteln dürfte es demnach zunächst nicht mangeln. Fudzilla hat heute schon einmal dafür gesorgt, dass das Ganze einem breitern Publikum bekannt wird.


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1 Kommentar

1.) Exey 14.05.2010 - 00:02 Uhr
Sehr interessant!
Vor ein paar Jahren habe ich selber noch gezielte DNA produziert, es ist erstaunlich wie einfach es ist.