Penyelidik telah membuat penemuan terobosan dengan mencipta lapisan seragam 2D protein sutera pada graphene. Inovasi ini memegang janji yang besar untuk membangunkan peranti elektronik terbiodegradasi dan penderia kesihatan termaju.
Sutera, yang terkenal dengan kemewahan dan ketahanan purba, kini bersedia untuk merevolusikan masa depan mikroelektronik. Penyelidik yang diketuai oleh Makmal Kebangsaan Barat Laut Pasifik (PNNL) Jabatan Tenaga telah mencapai pencapaian saintifik yang luar biasa. Mereka telah berjaya mencipta lapisan seragam dua dimensi (2D) serpihan protein sutera, dikenali sebagai fibroin, pada graphene — bahan berasaskan karbon yang diraikan kerana kekonduksian elektriknya yang sangat baik.
"Keputusan ini menyediakan kaedah yang boleh dihasilkan semula untuk pemasangan sendiri protein sutera yang penting untuk mereka bentuk dan membuat elektronik berasaskan sutera," kata pengarang utama Chenyang Shi, rakan penyelidikan pasca doktoral di PNNL, dalam satu Siaran akhbar. "Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa sistem ini tidak toksik dan berasaskan air, yang penting untuk biokompatibilitas."
Gabungan sutera dan graphene boleh membentuk transistor yang sangat sensitif dan boleh dilaras. Bahan termaju ini bersedia untuk memberi manfaat besar kepada industri mikroelektronik, terutamanya untuk penderia kesihatan boleh pakai dan boleh ditanam.
Pasukan itu juga membayangkan potensi mereka sebagai komponen kritikal dalam transistor memori, atau "memristor," yang penting kepada rangkaian pengkomputeran saraf. Memristor ini akan membolehkan komputer meniru fungsi otak manusia, mewakili lonjakan ketara dalam teknologi pengiraan.
Sejarah yang Kaya, Masa Depan yang Cerah
Perjalanan sutera daripada komoditi yang diidam-idamkan yang didagangkan di sepanjang Laluan Sutera purba kepada simbol kemewahan di pasaran Eropah telah didokumentasikan dengan baik. Ciri-ciri yang wujud — keanjalan, ketahanan dan kekuatan — telah membawa kepada penggunaannya dalam pelbagai aplikasi bahan termaju.
"Terdapat banyak penyelidikan menggunakan sutera sebagai cara memodulasi isyarat elektronik, tetapi kerana protein sutera secara semula jadi tidak teratur, hanya terdapat banyak kawalan yang boleh dilakukan," James De Yoreo, Felo Battelle di PNNL dan seorang profesor sains bahan. dan kejuruteraan di Universiti Washington, kata dalam siaran berita. “Jadi, dengan pengalaman kami dalam mengawal pertumbuhan bahan pada permukaan, kami fikir 'bagaimana jika kami boleh membuat antara muka yang lebih baik?'"
Dengan mengawal keadaan tindak balas dengan teliti, pasukan itu dapat menambah gentian sutera individu ke sistem berasaskan air dengan cara yang tepat. Usaha mereka menghasilkan lapisan protein 2D yang sangat teratur yang dibungkus dalam helaian β selari, memberikan kestabilan struktur yang diperlukan untuk elektronik biologi. Bentuk sutera baharu ini adalah ultranipis — kurang daripada separuh ketebalan sehelai DNA — menandakan ia sesuai untuk pengecilan yang penting dalam bio-elektronik.
Implikasi praktikal adalah luas.
"Jenis bahan ini sesuai dengan apa yang kita panggil kesan medan," tambah De Yoreo. “Ini bermakna ia adalah suis transistor yang menghidupkan atau mematikan sebagai tindak balas kepada isyarat. Jika anda menambah, katakan, antibodi kepadanya, maka apabila protein sasaran mengikat, anda menyebabkan transistor bertukar keadaan."
Horizon Masa Depan
Kajian itu, diterbitkan dalam Science Advances, merupakan langkah perintis ke arah lapisan sutera terkawal untuk elektronik berfungsi. Penyelidikan masa depan akan memberi tumpuan kepada meningkatkan kestabilan dan kekonduksian litar bersepadu sutera. Pasukan itu juga sedang meneroka potensi untuk elektronik terbiodegradasi, yang boleh merevolusikan kimia hijau dalam pembuatan peranti elektronik.
Kajian antara disiplin itu diketuai bersama oleh saintis bahan PNNL Shuai Zhang dan Xiang Yang Liu dari Universiti Xiamen, dengan sumbangan penting daripada penyelidik di Universiti Washington, Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley dan North Carolina State University.
Apabila sutera berkembang daripada fabrik masa lalu kepada bahan masa hadapan, peranannya dalam mencipta peranti elektronik yang mesra alam dan canggih boleh menjadi mendalam, menjalin dengan kukuh benang sejarah dengan fabrik teknologi masa depan.