مولکول هاى DNA به طور طبیعى از رشته هایى از چهار نوع باز متصل به یک پایه قند _ فسفات تشکیل شده اند. این ترکیب حاوى دستورالعمل ساخت پروتئین هایى است که فرآیند حیات را میسر مى سازند. اما مولکول هاى DNA مصنوعى را مى توان وادار به مونتاژ خود به خودى در الگوهاى گوناگون کرد. همچنین مى توان آنها را به گونه اى تحریک کرد که به اشیایى مثل نانوتیوب هاى کربن متصل شوند. نانوتیوب هاى کربن ورقه هاى غلت خورده استوانه اى شکلى از اتم هاى کربن اند که خواص الکتریکى فوق العاده اى دارند و مى توان آنها را در ابعادى هزار بار کوچکتر از باکترى ساخت. در واقع با اعمال طراحى درست، مولکول هاى DNA قادر به مونتاژ اشیا خواهند بود.

محققان دانشگاه دوک در نظر دارند به کمک مجموعه اى از ابزارهاى CAD (طراحى به کمک کامپیوتر)، فرآیند مونتاژ اجزاى مولکولى را در طراحى مدارهاى کامپیوترى که از نانوتیوب هاى کربن مونتاژ شده توسط DNA مصنوعى ساخته مى شوند، ساده سازى کنند. چنین مدارهایى در مقیاس مولکولى که محصول مونتاژ خود به خودى اند باید بتوانند نسبت به کامپیوترهایى که براساس تکنولوژى هاى امروز تراشه سازى مبتنى بر سیلیکون تولید مى شوند، دستگاه هایى به مراتب ارزان تر و کارآمدتر ارائه دهند. به گفته کریس دویر (Dwyer.C)، استادیار مهندسى برق و کامپیوتر در دانشگاه دوک، «این ابزارها امکان طراحى مدارهاى کامپیوترى که بتوانند به طور خودکار توسط مولکول هاى DNA مونتاژ شوند را فراهم مى کند. در واقع به کمک ابزارهاى ما است که با تکیه بر فرآیند مونتاژ خودبه خودى DNA و نانوتیوب هاى کربن، طراحى و ارزیابى مدارها امکان پذیر مى شود».

این ابزارها براى ساخت مدارهاى کامپیوترى با چگالى 2500 ترانزیستور در هر میکرون مربع طراحى شده اند. این چگالى حدود 30 برابر بزرگتر از تراکمى است که با استفاده از تکنولوژى هاى تراشه سازى فعلى در مدارهاى کامپیوترى اعمال مى شود. به عبارت دیگر 2500 ترانزیستور در هر میکرون مربع یعنى 250 میلیارد ترانزیستور در هر سانتى متر مربع. ترانزیستورها به شکل گیت هاى منطقى آرایش مى یابند سپس با تلفیق میلیون ها گیت با یکدیگر مدارهاى پیچیده اى به وجود مى آیند که وظیفه ذخیره و پردازش اطلاعات در کامپیوتر را به عهده دارند. بنابراین توانایى مونتاژ ترانزیستورهاى نانوتیوبى منفرد، پیش نیاز دستیابى به تکنولوژى تراشه سازى بر پایه نانوتیوب ها است. در واقع کلید این معما دریافتن روش هایى براى تلفیق آنها به شکل مدارهاى منطقى است.

به تازگى تیم تحقیقاتى دیگرى از دانشگاه دوک موفق به ساخت ابزارهایى شده اند که از چهارچوب DNA بهره مى گیرند. در واقع مى توان این ابزارها را پایه اى براى مدارهاى نانوتیوبى دانست. این چارچوب محصول تور مانندى از مونتاژ خودبه خودى مولکول هاى DNA مصنوعى است که عرض حفره هاى آن به 20 نانومتر مى رسد.به اعتقاد دویر این تکنولوژى هنوز در آغاز راه است و این چارچوب و دیگر ابزارها به موازات یکدیگر توسعه مى یابند. به گفته وى «زمانى که تکنولوژى چارچوب DNA مهیا شود ما باید بتوانیم درباره کارایى این دستگاه و نوع معمارى کامپیوترى خاصى که ما را به آن سمت مى کشاند، به درستى بیندیشیم تا امکان تصمیم گیرى هاى استراتژیک سطح بالایى مثل تعیین چگونگى بازسازى جریان اطلاعات و اجراى محاسبات فراهم شود.»

در معمارى مدار نانوتیوب _ DNA محققان دانشگاه دوک، براى اتصال انتهاهاى نانوتیوب هاى کربن به نقاطى در چارچوب DNA از جفت هایى از توالى هاى مکمل در DNA استفاده شده است. در واقع اتصال نانوتیوبى نیمه رسانا در امتداد خط مرکزى یکى از حفره ها و اتصال نانوتیوب فلزى دیگرى در راستاى عمود بر اولى منجر به یک ترانزیستور اثر میدانى خواهد شد.

ابزارهاى این محققان نیز مثل ابزارهاى سنتى طراحى به کمک کامپیوتر امکان طراحى منفرد قطعات دستگاه مثل گیت هاى منطقى، اتصال آنها براى تشکیل سیستم کامل، ایجاد طرح اولیه مدار و تولید یک توالى از مراحل مونتاژ را در اختیار کاربران قرار مى دهد. این ابزار از مدل هاى تخصص یافته اى بهره مى گیرد که مى تواند عملکرد مدارها براساس رفتار ترانزیستور نانوتیوبى در سیگنال هاى کوچک را به طور تقریبى نشان دهد. به گفته دویر «ما به کمک این ارزیابى قادریم سرعت و میزان مصرف انرژى طراحى هایمان را تخمین بزنیم.»

براى آن که بتوان بهترین تکنولوژى ممکن را براساس نانوالکترونیک و به ویژه فرآیند مونتاژ خودبه خودى ساخت باید به گونه اى دیگر درباره مدارها و چگونگى انجام محاسبات اندیشید. به گفته دویر «ابزارهاى ما زیربنایى براى طراحى هاى آینده اند. گام بعدى محققان استفاده از آنها در طرح هاى ساده است. ما هم اکنون مشغول مونتاژ شبکه ساده اى از DNA هستیم که اساساً مى تواند براى یک گیت NAND مناسب باشد.»

گیت NAND یا Not AND یکى از عناصر زیربنایى در مدارهاى کامپیوترى به شمار مى رود. این گیت شامل دو سیگنال ورودى و یک سیگنال خروجى است که در صورت یک بودن هر یک از سیگنال هاى ورودى، سیگنال خروجى صفر خواهد بود.یکى از چالش هاى موجود در راه توسعه تکنولوژى DNA این حقیقت است که هر چه چارچوب DNA بزرگتر باشد، تعداد توالى هاى منحصر به فرد موردنیاز براى مدار بیشتر خواهد بود. به گفته دویر «محققان به دنبال راهى هستند تا تعداد کل توالى هاى موردنیاز را کاهش دهند» اما با این حال به نظر نمى رسد ابزارهاى طراحى به کمک کامپیوتر تا پیش از پنج یا ده سال آینده قادر به ساخت نانوتیوب باشند.