DNA fabrica componentes eletrônicos 3D de baixo para cima

Eletr?nica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/05/2025

Microeletr?nica com DNA

A equipe dos professores Aaron Michelson (Laborat?rio Nacional Brookhaven) e Oleg Gang (Universidade de Col?mbia) v?m h? anos aprimorando t?cnicas de constru??o de nanoestruturas usando DNA - mais conhecidas como origami de DNA -, o que j? rendeu vidros 4 vezes mais forte e 5 vezes mais leve que o a?o e at? um curioso diamante de ouro.

Agora eles decidiram usar suas t?cnicas no campo da microeletr?nica, usando a constru??o com DNA para fabricar chips eletr?nicos 3D de baixo para cima.

? certo que j? existem componentes eletr?nicos 3D, mas a eletr?nica ainda depende em sua imensa maioria de circuitos planos. E as t?cnicas atuais da microeletr?nica s?o de cima para baixo por natureza: Uma pastilha de material semicondutor ? gradualmente erodida, por exemplo por um feixe de el?trons, at? que a estrutura desejada emirja, como um escultor faz sua obra a partir de um bloco de pedra.

N?o temos mais componentes eletr?nicos 3D porque esses m?todos n?o s?o talhados para eles. Por exemplo, ? complicado montar m?ltiplas camadas de componentes eletr?nicos e garantir que elas fiquem corretamente empilhadas. "Ao longo de centenas de etapas da produ??o, acumulam-se erros que s?o proibitivos do ponto de vista de desempenho e de custo," disse Gang.

? a? que entra a t?cnica de fabrica??o com DNA.

Chips feitos com DNA

Uma das grandes vantagens do uso do DNA ? que se trata de uma automontagem - a estrutura se constr?i sozinha, de baixo para cima, o que ? muito diferente da usinagem subtrativa, que trabalha por extra??o de material, desperdi?ando a maior parte dele.

Como sempre, a chave da t?cnica est? no modo como os filamentos de DNA podem se dobrar em formas - o chamado origami. O DNA ? composto por cadeias de quatro tipos diferentes de mol?culas, conhecidas pelas letras A, T, C e G. Elas se unem umas ?s outras de maneiras altamente espec?ficas - A a T e C a G. A t?cnica consiste ent?o em projetar m?ltiplas mol?culas com as sequ?ncias adequadas para que longas cadeias de DNA se dobrem nas formas 2D ou 3D desejadas.

Esses blocos de constru??o, chamados quadros, s?o ent?o usados para montar estruturas 3D de grande escala com precis?o em nanoescala. Trechos de DNA s?o finalmente "grampeados" nessas fitas para manter as formas dobradas no lugar.

Michelson come?ou depositando matrizes de quadrados de ouro em uma superf?cie, e ent?o adicionando peda?os cuidadosamente projetados de DNA. As mol?culas serviram como ?ncoras ?s quais foram fixadas estruturas octa?dricas tamb?m de DNA, semelhantes a diamantes de oito lados, que se automontam, formando estruturas tridimensionais nos locais precisos da superf?cie daquilo que vir? a ser o chip.

"Essas matrizes de ouro com fitas de DNA ancoradas promovem o crescimento de estruturas de DNA 3D em ?reas designadas em padr?es e orienta??es desejados, o que nos permite estabelecer e integrar esse DNA em uma pastilha eletr?nica," disse o professor Gang.

Pr?ximo sonho

Os passos finais consistem no revestimento das estruturas de DNA com os semicondutores (?xido de sil?cio e ?xido de estanho) e a conex?o dos eletrodos a cada estrutura. Nesta primeira demonstra??o de prova de conceito, a equipe fabricou sensores de luz similares a c?lulas solares - componentes que respondem eletricamente quando iluminados.

"N?s demonstramos que n?o apenas podemos criar estruturas 3D a partir do DNA, mas tamb?m integr?-las em microchips como parte do fluxo de trabalho da fabrica??o de componentes eletr?nicos," disse Gang. "N?s podemos colocar milhares dessas estruturas em locais espec?ficos em pastilhas de sil?cio de forma escal?vel. Isso demonstra que podemos mudar drasticamente o modo como fabricamos dispositivos eletr?nicos 3D complexos."

A equipe j? se prepara para construir componentes eletr?nicos mais complexos, inclusive com o uso de m?ltiplos materiais. "O pr?ximo sonho ? criar circuitos 3D," concluiu Gang.

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