L’industria elettronica sta subendo una profonda trasformazione grazie all’uso innovativo di materiali biologici. La seta, apprezzata da millenni per le sue eccezionali qualità, è oggetto di una ricerca pionieristica che potrebbe cambiare profondamente la progettazione dei componenti microelettronici.
Seta, materiale ancestralesta ora trovando il suo posto nel campo dell’elettronica avanzata. Finora, il suo utilizzo è stato limitato a causa della struttura caotica delle fibre setose. Un team di scienziati del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha superato questo ostacolo importante.
I loro risultati dimostrano la fattibilità della creazione di un strato bidimensionale uniforme di frammenti di proteine della seta (fibroine) su grafene, un materiale di carbonio noto per la sua eccellente conduttività elettrica. L’associazione seta-grafene potrebbe essere sfruttata per la fabbricazione di transistor sensibili e regolabili, particolarmente ambiti dall’industria microelettronica per sensori sanitari portatili e impiantabili.
Un approccio riproducibile e biocompatibile
Chenyang Shi, autore principale dello studio, ha sottolineato l’importanza del loro lavoro: “Il nostro metodo fornisce un approccio riproducibile per l’autoassemblaggio delle proteine della seta, un elemento essenziale per la progettazione e la fabbricazione di componenti elettronici realizzati in seta.” Ha aggiunto: “La natura atossica e acquosa del nostro sistema è essenziale per garantire la biocompatibilità.»
Il team PNNL sta anche valutando l’utilizzo di questa tecnologia come componente chiave dei transistor di memoria o “memristori» nelle reti neurali dei computer. I memristor consentono ai computer di riprodurre le funzioni del cervello umano, aprendo nuove possibilità nel campo dell’intelligenza artificiale.
Controllo preciso per applicazioni avanzate
James De Yoreo, ricercatore di Battelle presso il PNNL e professore all’Università di Washington, ha spiegato le sfide: “Molte ricerche hanno sfruttato la seta per modulare i segnali elettronici, ma il disordine naturale delle proteine della seta ne ha limitato il possibile controllo.“Ha continuato: “Sulla base della nostra esperienza nel controllo della crescita dei materiali sulle superfici, abbiamo cercato di creare un’interfaccia più efficiente”.
Il team è riuscito a controllare attentamente le condizioni di reazione, incorporando singole fibre di seta nel sistema acquoso in modo preciso. Utilizzando rigorose condizioni di laboratorio, i ricercatori hanno ottenuto un strato 2D altamente organizzato di proteine disposte in precisi fogli β paralleliuna delle strutture proteiche più diffuse in natura.
Questo studio segna l’inizio di un controllo preciso sulla disposizione degli strati di seta sui componenti elettronici funzionali. I ricercatori hanno in programma di utilizzare questo materiale di base e questa tecnica per sviluppare la propria seta artificiale, arricchita con proteine funzionali per aumentarne l’utilità e la specificità.
Le direzioni future della ricerca includono Miglioramento della stabilità e della conduttività dei circuiti integrati a base di setaoltre a esplorare il potenziale della seta nell’elettronica biodegradabile. Questi progressi potrebbero promuovere l’uso della chimica verde nella produzione di elettronica, contribuendo a un’industria più sostenibile e rispettosa dell’ambiente.
Didascalia dell’illustrazione: Singole molecole di proteine della seta, o “fibroine della seta” (blu), vengono depositate su una superficie di grafene circondata da acqua (sfere verdi e rosse) e crescono in un foglio bidimensionale (2D) atomicamente preciso. La deposizione controllata di fibre di seta potrebbe portare a una varietà di dispositivi elettronici biodegradabili. Credito: (Illustrazione grafica di Mike Perkins | Pacific Northwest National Laboratory)
Articolo: “Seta bidimensionale” – DOI: 10.1126/sciadv.ado4142
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