タンパク質から自己組織化論理回路を作ることに成功(Researchers Create Self-Assembled Logic Circuits From Proteins)

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2022-04-28 ノースカロライナ州立大学(NCState)

・自己組織化されたタンパク質ベースの回路を作成し、簡単な論理機能を実現する概念実証に成功しました。

・この研究は、量子スケールでの電子の性質を利用した安定したデジタル回路の作成が可能であることを実証している。

・自己組織化したタンパク質集合体を人間が作った電極と結合させ、電子のトンネル挙動を利用して電流を調節する簡単な論理回路を作った。

・これらの回路から簡単なダイオードベースのAND/OR論理ゲートを作成し、パルス変調器に組み込んだ。パルス変調器は、ある入力信号を別の入力の電圧によってオン・オフすることで情報を符号化することができる。

・PSIベースの論理回路は、3.3 kHzの入力信号を切り替えることができた。これは、現代の論理回路には及ばないものの、これまでに報告されている分子論理回路としては最速の部類に入る。

<関連情報>

自己組織化タンパク質複合体からなるプリンタブル論理回路 Printable logic circuits comprising self-assembled protein complexes

Xinkai Qiu & Ryan C. Chiechi

Nature Communications  Published: 28 April 2022

DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-30038-8

Abstract

This paper describes the fabrication of digital logic circuits comprising resistors and diodes made from protein complexes and wired together using printed liquid metal electrodes. These resistors and diodes exhibit temperature-independent charge-transport over a distance of approximately 10 nm and require no encapsulation or special handling. The function of the protein complexes is determined entirely by self-assembly. When induced to self-assembly into anisotropic monolayers, the collective action of the aligned dipole moments increases the electrical conductivity of the ensemble in one direction and decreases it in the other. When induced to self-assemble into isotropic monolayers, the dipole moments are randomized and the electrical conductivity is approximately equal in both directions. We demonstrate the robustness and utility of these all-protein logic circuits by constructing pulse modulators based on AND and OR logic gates that function nearly identically to simulated circuits. These results show that digital circuits with useful functionality can be derived from readily obtainable biomolecules using simple, straightforward fabrication techniques that exploit molecular self-assembly, realizing one of the primary goals of molecular electronics.

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