En 1965, Gordon Moore, cofondateur d’Intel, a fait une prédiction concernant l’informatique qui est restée fidèle à ce jour. La loi de Moore, comme on venait de le savoir, prévoyait que le nombre de transistors que nous pourrions planter sur un circuit - et par conséquent la vitesse de traitement effective de nos ordinateurs - doublerait tous les deux ans environ. Chose remarquable, cette règle est exacte depuis près de 50 ans, mais la plupart des experts prédisent maintenant que cette croissance ralentira d’ici la fin de la décennie.
Un jour cependant, une nouvelle approche radicale de la création de semi-conducteurs en silicium pourrait permettre à ce taux de continuer - et même de l’accélérer. Comme détaillé dans une étude publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences de ce mois-ci, une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Santa Barbara et ailleurs a exploité le processus d'évolution pour produire des enzymes créant de nouvelles structures à semi-conducteurs.
"C'est comme une sélection naturelle, mais ici, c'est une sélection artificielle", a déclaré Daniel Morse, professeur émérite à UCSB et co-auteur de l'étude, dans une interview. Après avoir pris une enzyme trouvée dans des éponges marines et l'avoir mutée sous différentes formes, «nous avons sélectionné l'ADN mutant sur un million capable de fabriquer un semi-conducteur».
Dans une étude précédente, Morse et d'autres membres de l'équipe de recherche avaient découvert la silicateine, une enzyme naturelle utilisée par les éponges marines pour construire leurs squelettes en silice. Le minéral, en l'occurrence, sert également de bloc de construction des puces d'ordinateur à semi-conducteurs. «Nous avons ensuite posé la question suivante: pourrions-nous modifier génétiquement la structure de l'enzyme afin de permettre la production d'autres minéraux et semi-conducteurs non produits normalement par des organismes vivants?» A déclaré Morse.
Pour rendre cela possible, les chercheurs ont isolé et fait de nombreuses copies de la partie de l'ADN de l'éponge qui code pour la silicateine, puis ont intentionnellement introduit des millions de mutations différentes dans l'ADN. Par chance, certaines d'entre elles conduiraient probablement à des formes mutantes de silicateine qui produiraient différents semi-conducteurs, plutôt que la silice, processus qui reflète la sélection naturelle, bien que sur une échelle de temps beaucoup plus courte, et dirigé par choix humain plutôt que par la survie du plus apte. .
L'enzyme d'origine a été prélevée sur des éponges marines, qui l'utilisent pour fabriquer leurs squelettes de silice. (Photo via Wikimedia Commons / Hannes Grobe) Pour déterminer quelles formes mutées de l'ADN de silicateine conduiraient aux semi-conducteurs souhaités, l'ADN devait être exprimé par le biais de la machinerie moléculaire d'une cellule. «Le problème était que, bien que la silice soit relativement inoffensive pour les cellules vivantes, certains des semi-conducteurs que nous souhaitons produire seraient toxiques», a déclaré Morse. «Nous ne pouvions donc pas utiliser de cellules vivantes, nous devions utiliser un substitut synthétique pour les cellules.» Pour remplacer artificiellement les cellules, l'équipe a utilisé de minuscules bulles d'eau formées autour de billes de plastique. Une forme différente de l'ADN d'éponge marine a été fixée à chacune des millions de perles et les produits chimiques nécessaires pour que l'ADN soit exprimé sous forme d'enzyme ont été inclus dans l'eau.
Ensuite, les «cellules» de billes de plastique étaient enfermées dans de l'huile, qui agissait comme une membrane cellulaire artificielle. Les perles ont ensuite été placées dans une solution qui comprenait les produits chimiques (silicium et titane) nécessaires pour que les enzymes mutantes puissent commencer à construire des minéraux semi-conducteurs à l'extérieur des perles.
Après avoir laissé un peu de temps aux enzymes pour faire le travail de fabrication des minéraux, les perles ont été passées à travers un faisceau laser, à côté d'un capteur qui détectait automatiquement quand l'un des semi-conducteurs désirés (dioxyde de silicium ou dioxyde de titane) était passé. Ensuite, les perles ayant réussi - celles sur lesquelles des semi-conducteurs ont été accumulés à l'extérieur - ont été brisées pour permettre à l'ADN mutant d'être isolé et de confirmer son effet.
Divers types de dioxyde de silicium sont actuellement utilisés dans la production de puces informatiques, tandis que le dioxyde de titane est utilisé dans la fabrication de cellules solaires. La production de telles substances à l'aide d'enzymes biologiques et à évolution dirigée est une première.
Bien que cela ne signifie certainement pas que les chercheurs avaient des cellules en train de pomper des puces informatiques, cela indique une nouvelle méthode de création de semi-conducteurs. Selon M. Morse, les semi-conducteurs fabriqués par les enzymes mutantes de l'expérience «n'ont jamais été produits dans la nature ni par une enzyme, mais ils sont actuellement utilisés dans l'industrie pour toutes sortes de communications et de traitement de l'information. «Quelques années plus tard, de nouvelles formes spécialisées de semi-conducteurs produits à l'aide de cette méthode pourraient même contribuer à garantir la prédiction de Gordon Moore.
