Les transistors hybrides à protéine de soie ouvrent l. a. voie à l’intégration de l. a. biologie et de l. a. microélectronique

Votre téléphone peut contenir plus de 15 milliards de minuscules transistors regroupés dans des puces de microprocesseur. Les transistors sont constitués de silicium, de métaux comme l’or et le cuivre et d’isolants qui, ensemble, captent un courant électrique et le convertissent en 1 et 0 pour communiquer et stocker des informations. Les matériaux des transistors sont inorganiques et proviennent principalement de roches et de minéraux.

Mais et si vous pouviez faire de ces composants électroniques de base une pièce biologique, succesful de réagir directement à l’environnement et de changer comme un tissu vivant ?

C’est ce qu’a fait une équipe de l’université Tufts Silklab en créant des transistors pour remplacer le matériau isolant par de l. a. soie biologique. Ils ont rapporté leurs découvertes dans Matériaux avancés.

Les fibres de soie – l. a. protéine structurelle des fibres de soie – peuvent être déposées avec précision sur les surfaces et facilement modifiées avec d’autres molécules chimiques et biologiques pour modifier leurs propriétés. L. a. soie exploitée de cette manière peut capturer et détecter un massive éventail de composants du corps ou de l’environnement.

L. a. première démonstration par l’équipe d’un prototype de dispositif utilisait des transistors hybrides avec des fibres de soie pour créer un capteur respiratoire ultra-sensible et ultra-rapide permettant de détecter les changements d’humidité.

D’autres adjustments apportées à l. a. couche de soie des transistors pourraient permettre aux appareils de détecter certaines maladies cardiovasculaires et pulmonaires, ainsi que l’apnée du sommeil, ou de détecter des niveaux de dioxyde de carbone et d’autres gaz et molécules dans l’haleine susceptibles de fournir des informations diagnostiques. Lorsqu’ils sont utilisés avec du plasma sanguin, ils peuvent potentiellement fournir des informations sur les niveaux d’oxygène et de glucose, les anticorps circulants, and so forth.

Avant de développer des transistors hybrides, le laboratoire SilkLab, dirigé par Fiorenzo Ominito, professeur d’ingénierie Frank C. Dobell, avait déjà utilisé l. a. fibroïne pour fabriquer des encres bioactives pour tissus capables de détecter les changements dans l’environnement ou sur le corps et de détecter les tatouages. Qui peuvent être placés sous l. a. peau ou sur les dents pour surveiller l. a. santé et l’alimentation, et des capteurs qui peuvent être imprimés sur n’importe quelle floor pour détecter des brokers pathogènes comme le virus responsable du Covid-19.

Remark ça fonctionne

Un transistor est simplement un interrupteur électrique dans lequel un fil électrique métallique entre et un autre type. Entre les fils se trouve un matériau semi-conducteur, ainsi nommé parce qu’il est incapable de conduire l’électricité à moins d’être cajolé.

Une autre supply d’entrée électrique appelée porte est séparée de tout le reste par un isolant. L. a. grille agit comme un « interrupteur » pour activer et désactiver le transistor. Il déclenche un état passant lorsqu’une stress de seuil crée un champ électrique à travers l’isolant, ce qui provoque le mouvement des électrons dans le semi-conducteur et initie le flux de courant à travers le filament.

Dans un transistor biohybride, une couche de soie est utilisée comme isolant et lorsqu’elle absorbe l’humidité, elle agit comme un gel retenant tous les ions (molécules chargées électriquement) contenus à l’intérieur. L. a. porte energetic l’état en réorganisant les ions dans le gel de soie. En modifiant l. a. composition ionique de l. a. soie, le fonctionnement du transistor trade, lui permettant de fonctionner avec n’importe quelle valeur de grille contain entre zéro et un.

“Vous pouvez imaginer créer des circuits qui utilisent des informations qui ne sont pas représentées par les niveaux binaires discrets utilisés dans l’informatique numérique, mais qui peuvent traiter des informations variables comme dans l’informatique analogique, avec l. a. variation provoquée par l. a. amendment de ce qui se trouve à l’intérieur de l’isolant en soie”, a déclaré Ominito. . . “Cela ouvre l. a. possibilité d’introduire l. a. biologie dans l’informatique au sein des microprocesseurs modernes.” Bien entendu, l’ordinateur biologique le plus puissant connu est le cerveau, qui traite les informations à différents niveaux de signaux chimiques et électriques.

Le défi method dans l. a. création de transistors biohybrides a été de parvenir à manipuler l. a. soie à l’échelle nanométrique, jusqu’à 10 nanomètres, soit moins de 1/10 000e du diamètre d’un cheveu humain.

“Une fois cet objectif atteint, nous pouvons désormais fabriquer des transistors hybrides avec les mêmes processus de fabrication que ceux utilisés pour fabriquer des puces commerciales”, a déclaré Beom Jun Kim, chercheur postdoctoral au School of Engineering. “Cela signifie que vous pourriez en fabriquer un milliard avec les capacités disponibles aujourd’hui.”

L. a. présence de milliards de nœuds de transistors dont les connexions sont reconfigurées par des processus biologiques dans l. a. soie pourrait conduire à des microprocesseurs capables de fonctionner comme les réseaux neuronaux utilisés dans l’intelligence artificielle. “En regardant vers l’avenir, on pourrait imaginer des circuits intégrés qui s’entraînent eux-mêmes, répondent aux signaux environnementaux et enregistrent l. a. mémoire directement dans des transistors plutôt que de l’envoyer dans une unité de stockage séparée”, a déclaré Umenito.

Les dispositifs permettant de détecter et de répondre à des états biologiques plus complexes, ainsi que l’informatique analogique et neuronale à grande échelle, doivent encore être créés. Ominito est optimiste quant aux opportunités futures. “Cela ouvre une nouvelle façon de penser l’interface entre l’électronique et l. a. biologie, avec de nombreuses découvertes et packages fondamentales importantes à venir.”