Naukowcy wykonali kolejny krok ku konstrukcji molekularnych komputerów działających w oparciu o fluorescencyjne cząsteczki, których barwa i intensywność świecenia zależą od pH środowiska. Tego typu układy w przyszłości będzie można wykorzystywać m.in. do badań zmian fizjologicznych zachodzących wewnątrz żywych komórek - informuje "Chemical Communications".
By postęp techniczny trwał, naukowcy muszą w swych badaniach wyprzedzać obecnie stosowane technologie o całe dekady. Z tego powodu współpracujący z doktorem Seiichi Uchiyama z The University of Tokyo (Japonia) badacze tworzą nowe technologie, które w przyszłości być może zostaną użyte przy konstrukcji supernowoczesnych komputerów.
Tego typu komputery przyszłości nie będą - jak dotąd - działać w oparciu o krzemowe tranzystory, lecz ich "siła" obliczeniowa będzie zależeć od fizykochemicznych zmian zespołów molekuł - np. fluorescencyjnych cząstek zmieniających barwę w zależności od pH środowiska.
Podstawę tak funkcjonujących układów logicznych opracowali naukowcy japońscy, tworząc jednocześnie bardzo precyzyjny fluorescencyjny sensor zmian pH środowiska.
Układ zbudowany jest z wrażliwego na zmiany pH polimeru zsyntetyzowanego na bazie NIPAM (ang. N-isopropylacrylamide). W strukturę polimerowej macierzy włączony jest również fluorofor, czyli świecący barwnik, który reaguje z wodą, w efekcie czego jest obserwowana zmiana jego intensywności świecenia.
W zależności od pH środowiska, polimerowa struktura kurczy się albo rozluźnia, dzięki czemu więcej lub mniej cząsteczek wody wnika do wnętrza. W odpowiedzi na liczbę cząsteczek wody, która dociera do barwnika fluorescencyjnego zamkniętego wewnątrz polimerowego materiału, barwnik zmienia intensywność oraz barwę świecenia.
Zmiana barwy jest bardzo dynamiczna, i ma charakter układu włącznik-wyłącznik (ang. ON-OFF), dzięki czemu naukowcy widzą możliwość użycia tego typu materiału przy konstrukcji układów logicznych, na bazie których konstruowane są nowoczesne komputery.
Dodatkowo, zmieniając parametry chemiczne polimerowej macierzy, możliwa jest modyfikacja układu tak, by ten dawał odwrotną odpowiedź - czyli układ jest wyłączony, a po zmianie pH ulega aktywacji (skutkiem czego obserwowana jest inna barwa sensora).
Według naukowców, najszybciej sensor może zostać zaadaptowany do badań zmian pH zachodzących wewnątrz żywych komórek. Naukowcy nie zamierzają jednak zaprzestać prac nad doskonaleniem układu, by ten w przyszłości stanowił element molekularnego komputera.