Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille

Transistorimateriaalit ovat epäorgaanisia, periaatteessa peräisin kivestä ja metallista.

Mutta entä jos voisit tehdä näistä perustavanlaatuisista elektronisista komponenteista osin biologisia, jotka pystyisivät reagoimaan suoraan ympäristöön ja muuttumaan kuin elävä kudos?

Tufts University Silklabin tiimi ovat luoneet transistoreita, joissa he korvasivat eristemateriaalin biologisella silkillä ja loivat siten vaiheen biologian ja mikroelektroniikan integraatiolle

Silkkifibroiini, silkkikuitujen rakenneproteiini, voidaan kerrostaa tarkasti pinnoille ja muokata helposti muilla kemiallisilla ja biologisilla molekyyleillä sen ominaisuuksien muuttamiseksi. Tällä tavalla funktionalisoitu silkki voi poimia ja havaita monenlaisia komponentteja kehosta tai ympäristöstä.

Ryhmän ensimmäinen prototyyppilaite käytti hybriditransistoreja erittäin herkän ja nopean hengitysanturin tekemiseen, joka havaitsi kosteuden muutokset. Silkkikerroksen erilaiset muokkaukset voivat mahdollistaa monenlaisia laitteita, jotka havaitsevat erilaisia kaasuja ja molekyylejä, jotka saattavat tarjota diagnostista informaatiota.

Biologisessa hybriditransistorissa eristeenä käytetään silkkikerrosta ja kun se imee kosteutta, se toimii kuin geeli, joka kuljettaa sisällään mitä tahansa ioneja. Portti laukaisee on-tilan järjestämällä ionit uudelleen silkkigeelissä. Muuttamalla silkin ionikoostumusta transistorin toiminta muuttuu, jolloin se voidaan laukaista millä tahansa hila-arvolla nollan ja yhden välillä eli analogisella tavalla.

"Saavutus avaa mahdollisuuden ottaa biologia käyttöön nykyaikaisissa mikroprosessoreissa", sanoo Frank Omenetto. Tietenkin tehokkain tunnettu biologinen tietokone on aivot, jotka käsittelevät tietoa vaihtelevilla kemiallisilla ja sähköisillä signaaleilla.

Tekninen haaste biologisten hybriditransistorien luomisessa oli saada aikaan silkkikäsittely nanomittakaavassa, aina 10 nm:iin asti. "Tämän saavuttamisen jälkeen voimme nyt valmistaa hybriditransistoreja samoilla valmistusprosesseilla, joita käytetään kaupalliseen siruvalmistukseen", sanoi tutkijatohtori Beom Joon Kim. "Tämä tarkoittaa, että voit tehdä miljardia näitä ominaisuuksilla, jotka ovat saatavilla tänään."

Miljardien transistorisolmujen, joiden yhteydet konfiguroidaan uudelleen biologisten prosessien avulla, silkissä voi johtaa mikroprosessoreihin, jotka voisivat toimia kuten tekoälyssä käytetyt neuroverkot.

"Tulevaisuudessa voitaisiin kuvitella integroituja piirejä, jotka harjoittelevat oamtoimisesti, reagoivat ympäristön signaaleihin ja tallentavat muistia suoraan transistoreihin sen sijaan, että lähettäisivät sen erilliseen tallennustilaan", professori Omenetto sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Monimutkaisempia biologisia tiloja havaitsevia ja niihin reagoivia laitteita sekä laajamittaista analogista ja neuromorfista laskentaa ei ole vielä luotu.

Omenetto suhtautuu tulevaisuuden mahdollisuuksiin optimistisesti. "Tämä avaa uuden tavan ajatella elektroniikan ja biologian rajapintaa ja edessä on monia tärkeitä perustavanlaatuisia löytöjä ja sovelluksia."

Aiheesta aiemmin:

Pystysuuntainen sähkökemiallinen transistori

Aivomainen transistoripiiri

Ionisia transistoreita bioelektroniikalle