生命科学 医药健康 基础科学 工程技术 信息科学 资源环境 前沿交叉 政策管理
 
论文作者:Michael R. Sussman 期刊:PNAS 发布时间:2008-1-23 14:52:31
硅藻为芯片制造提供新思路
 
无论是海洋,湖泊,还是沼泽地,只要有水的地方,就有硅藻。硅藻是一种单细胞的藻类,由几个或很多个细胞可以联结形成复杂有序的、草样的外壳。令人奇怪的是,这些极其微小的浮游植物,却可能是下一代计算机芯片重大突破的关键。
 
硅藻坚硬的细胞壁由排成线状的硅质组成,硅质与半导体工业最关键的材料硅有关。美国威斯康星大学麦迪逊分校(University of  Wisconsin-Madison)的生化教授、UW-Madison生物技术中心的主任Michael Sussman说,如果我们能够在遗传上控制硅藻细胞壁生成的过程,我们就发明了一种新的纳米制造方法,使我们能用硅藻制造芯片。
 
为了实现这个目的,Sussman和华盛顿大学的硅藻专家Virginia Armbrust领导的一个小组对硅藻进行研究,结果在海链藻(Thalassiosira pseudonan)中发现涉及硅质生物合成的75个基因。研究结果发表在1月222日在线版的美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。硅藻的基因组序列在2004年就由Armbrust教授主导完成。Armbrust是海洋学教授,主要研究硅藻的生态学。
 
硅藻的基因组序列使得Sussan教授可以开始操纵与硅质生成有关的基因,有可能利用它们来生产计算机芯片的超精细线。Sussman表示,这将极大提高芯片的速度,因为硅藻生产出的超精细线,远远小于现今技术所能达到的极限。
 
Sussman表示,每隔几年,半导体工业就能够将计算机晶体管的密度增加一半。在过去的30年通过光刻法实现这种飞速发展,但现在却遇到了瓶颈,因为人们已达到可见光的分辨极限。
 
Armbrust实验室的博士后、该论文的第一作者Thomas Mock表示,在硅藻超凡的工程技术被发现之前,生态学家感兴趣的,主要是硅藻在地球碳循环中的作用。这些光合作用细胞吸收二氧化碳并沉入海底。每年从环境中移除的二氧化碳,有超过20%是被硅藻吸收的,这个数字与地球上所有的热带雨林吸收的二氧化碳相当。
 
但研究这些水藻发现了其它迷人的前景。大约100,000种硅藻,每一种都有结构独特的细胞壁。在研究硅藻的过程中,这一点让Sussman着迷不已。
 
为了确定与这些独特的细胞壁有关的基因,研究人员使用了由Sussman、UW-Madison电气工程师Franco Cerrina和遗传学家Fred Blattner设计制造的DNA芯片。上述三人联合创建了一家生物技术公司NimbleGen。简单地说,DNA芯片能够让科学家找出一个特定的细胞反应过程,涉及到哪些基因。在这个例子中,硅藻在低浓度的硅酸(合成硅质的原料)环境生长,DNA芯片用来鉴定哪些基因起了作用。
 
在硅酸缺乏时,表达量增高最多的30个基因中,有25个完全是新的,与已知的基因没有任何相似性。
 
Sussman说,现在我们知道了这个单细胞浮游植物的13,000个基因中,哪一些与硅质的生物合成过程有关。我们可以从零开始研究这30个基因,并以基因工程的方法操纵这些基因的表达,看看结果如何。
 
Sussman非常有信心,他表示,长远来看,这些发现能够帮助他进一步改进这个研究中所用的DNA芯片。这就像狮子王在唱主题曲“生生不息”。(来源:生物通 揭鹰)
 
(《国家科学院院刊》(PNAS),doi:10.1073/pnas.0707946105,Michael R. Sussman,E. Virginia Armbrust)
 
更多阅读(英文)
 
发E-mail给: 
    
| 打印 | 评论 | 论坛 | 博客 |
相关论文 一周论文排行

小字号

中字号

大字号