Das ist deshalb interessant, weil dreidimensionale Chipdesigns dabei helfen, schnellere Mikroprozessoren zu entwickeln. So lässt sich der Takt des Mooreschen Gesetzes einhalten, nachdem sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt.
Konventionelle Lithographieverfahren könnten zwar ebenfalls verwendet werden, um 3D-Strukturen zu schaffen, der Prozess ist laut Berggren aber frustrierend langsam, weil jede Siliziumlage einzeln geätzt und geschichtet werden muss. Die speziellen Strukturen, die Sandhage entwickelt, könne man ohne die neue Technologie gar nicht herstellen.
Sandhages Vorhaben ist nicht der erste Versuch, organische Vorbilder zu verwenden, um Nanogeräte und neuartige Materialien zu entwickeln. Angela Belcher, eine Professorin an der Fakultät für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen am MIT, nutzt Virenproteine, um verschiedene Materialien herstellen zu lassen. Ein Startup namens Cambrios versucht derzeit, die Technik zu vermarkten.
Daniel Sotis, ein Graduate-Student in Belchers Labor, arbeitet an Viren, die sich an Goldelektroden anlagern oder sich gar selbst mit Halbleitermaterial beschichten. Der Wissenschaftler hofft, dass sich aus den Viren schließlich funktionsfähige Transistoren herstellen lassen.
Kieselalgen können Vorlagen für die verschiedensten Strukturen liefern -- doch welche genau das sind, ist noch weitestgehend unklar. Sandhage hofft, dass die vielen Hundertausend Beispiele einzigartig geformter Einzeller Ingenieure zu neuen Prozessoren- und Speicherchip-Designs inspiriert. Sandhages Kollegen erforschen bereits, wie die Gene der Kieselalge ihre Struktur bestimmen. Irgendwann soll es möglich sein, dass Ingenieure das "Design" der Algen selbst wählen können.
Das Erbgut einer Kieselalgenart wurde bereits vollständig entschlüsselt, eine weitere steht kurz davor. Mark Hildebrand, Scripps-Molekularbiologe, arbeitete bereits mit Sandhage zusammen und meint, dass wahrscheinlich nur einige wenige Hauptgene die Form der Kieselalge kontrollieren -- obwohl diese enorm verschiedenartig sein kann.
Wenn es nur einige wenige Hauptgene sind, bräuchte es auch nur geringe Mutationen, um zahlreiche Varianten existierender Formen zu erzielen. Hildebrand hofft, dass man nach der Genom-Entschlüsselung zahlreiche neue Strukturen züchten kann, in dem man sowohl Gene als auch Umweltbedingungen manipuliert.
Joanna Alzenberg, Wissenschaftlerin bei Lucent Technologies, hofft ebenfalls auf das Ergebnis, um davon für ihre eigene Forschungsarbeit zu profitieren: Sie schuf kleine Linsen, die sich an der Struktur von Schwämmen orientieren: "Wenn man den genetischen Teil versteht, wie Kieselalgen ihre Formenvielfalt erreichen, ließen sich mit diesem Gencode auch nichtnatürliche Formen produzieren." Das sehen Alzenberg und Berggren genauso -- und sind bereits bedingt optimistisch. "Es gibt allerdings Grenzen, wie beliebig man die Struktur verändern kann. Aber ich glaube schon, dass man die Kieselalgen soweit manipulieren wird, dass sich die verschiedensten Formen ergeben."
Sandhage hat bereits erste Anwendungsformen für seine neuen Strukturen entwickelt. Dazu gehören Materialien, die chemische Reaktionen auslösen. Sie werden als Überzug der Kieselalgen verwendet. Die besonders große Oberfläche der Kieselalgenstrukturen machen sie zum idealen Katalysator in einer Lösung, sagt Sandhage.
Er hat Kieselalgen mit Katalysatorfunktion bereits zur Pestizidbekämpfung verwendet, ein Verfahren, das man später einmal zur Reinigung des Grundwassers und der Flüsse nutzen könnte. In einem Experiment überzog Sandhage Kieselalgen mit Leuchtstoffen, die bei bestimmten Wellenlängen leuchten. Eines Tages sollen die Strukturen auch in Computerdisplays verwendet werden können.
Von Kevin Bullis; Übersetzung: Ben Schwan.
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