Kisel, ett halvledande element, är grunden för den mest moderna tekniken, inklusive mobiltelefoner och datorer. Men enligt forskare från Tel Aviv University, detta material håller snabbt på att bli föråldrat i en industri som producerar allt mindre produkter som är mindre skadliga för miljön.
Nu, ett team inklusive Ph.D. studenterna Elad Mentovich och Netta Hendler från TAU:s institution för kemi och Centrum för nanovetenskap och nanoteknik, med handledare Dr. Shachar Richter och i samarbete med Prof. Michael Gozin och hans Ph.D. student Bogdan Belgorodsky, har sammanfört banbrytande tekniker från flera vetenskapsområden för att skapa proteinbaserade transistorer - halvledare som används för att driva elektroniska enheter - från organiska material som finns i människokroppen. De kan bli grunden för en ny generation av teknologier i nanostorlek som är både flexibla och biologiskt nedbrytbara.
Arbeta med blod, mjölk, och slemproteiner som har förmågan att självmontera till en halvledande film, forskarna har redan lyckats ta det första steget mot biologiskt nedbrytbara bildskärmar, och de siktar på att använda denna metod för att utveckla hela elektroniska enheter. Deras forskning, som har förekommit i tidskrifterna Nanobokstäver och Avancerade material , fick nyligen ett silverpris vid Materials Research Society Graduate Student Awards i Boston, MA.
Bygger den bästa transistorn nerifrån och upp
En av utmaningarna med att använda kisel som halvledare är att en transistor måste skapas med ett "top-down" tillvägagångssätt. Tillverkare börjar med ett ark kisel och skär det i den form som behövs, som att hugga en skulptur ur en sten. Denna metod begränsar transistorernas möjligheter när det kommer till faktorer som storlek och flexibilitet.
TAU-forskarna vände sig till biologi och kemi för ett annat tillvägagångssätt för att bygga den ideala transistorn. När de applicerade olika kombinationer av blod, mjölk, och slemproteiner till alla basmaterial, molekylerna självmonterade för att skapa en halvledande film i nanoskala. När det gäller blodprotein, till exempel, filmen är ungefär fyra nanometer hög. Den nuvarande tekniken som används nu är 18 nanometer, säger Mentovich.
Tillsammans, de tre olika typerna av proteiner skapar en komplett krets med elektroniska och optiska möjligheter, var och en ger något unikt till bordet. Blodprotein har förmågan att absorbera syre, Mentovich säger, som tillåter "dopning" av halvledare med specifika kemikalier för att skapa specifika tekniska egenskaper. Mjölkproteiner, kända för sin styrka i svåra miljöer, bildar fibrerna som är byggstenarna i transistorerna, medan slemhinneproteinerna har förmågan att hålla rött, grönt och, blå fluorescerande färgämnen separerar, tillsammans skapar den vita ljusemissionen som är nödvändig för avancerad optik.
Övergripande, de naturliga förmågorna hos varje protein ger forskarna "unik kontroll" över den resulterande organiska transistorn, tillåter justeringar för konduktivitet, minneslagring, och fluorescens bland andra egenskaper.
En ny era av teknik
Tekniken går nu från en kiselera till en kol-era, konstaterar Mentovich, och denna nya typ av transistor kan spela en stor roll. Transistorer byggda av dessa proteiner kommer att vara idealiska för mindre, flexibla enheter som är gjorda av plast istället för kisel, som finns i oblatform som skulle splittras som glas om de böjdes. Genombrottet kan leda till en ny rad flexibla tekniker, som skärmar, mobiltelefoner och surfplattor, biosensorer, och mikroprocessorchips.
Lika betydelsefull, eftersom forskarna använder naturliga proteiner för att bygga sin transistor, produkterna de skapar kommer att vara biologiskt nedbrytbara. Det är en mycket mer miljövänlig teknik som tar itu med det växande problemet med elektroniskt avfall, som svämmar över deponier över hela världen.
