Después de miles de años como un bien muy preciado, la seda ha perdurado sorprendentemente. Ahora puede ayudar a marcar el comienzo de una dirección completamente nueva para la microelectrónica y la informática.
Si bien las proteínas de seda se han utilizado en productos electrónicos de diseño, su uso actualmente está limitado en parte porque las fibras de seda son una maraña de hebras parecida a un espagueti.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía ha superado este dilema. Informan en la revista. Avances en la ciencia Que lograron una capa uniforme bidimensional (2D) de fragmentos de proteína de seda, o “fibrinas”, sobre grafeno, un material a base de carbono útil por su excelente conductividad eléctrica.
“Estos hallazgos proporcionan un método reproducible para el autoensamblaje de proteínas de seda que es esencial para diseñar y fabricar productos electrónicos a base de seda”, dijo Chenyang Shi, autor principal del estudio. “Es importante señalar que este sistema no es tóxico y es a base de agua, lo cual es importante para la biocompatibilidad”.
Esta combinación de materiales (seda sobre grafeno) puede crear un transistor sensible y sintonizable muy buscado por la industria de la microelectrónica para sensores de salud portátiles e implantables. El equipo de PNNL también ve potencial para su uso como componente clave de los transistores de memoria, o “memristores”, en las redes neuronales informáticas. Los recuerdos utilizados en las redes neuronales permiten a las computadoras imitar el funcionamiento del cerebro humano.
Ruta de la Seda
Durante siglos, la producción de seda con gusanos de seda fue un secreto bien guardado en China, mientras que su fama se extendió a lo largo de las famosas rutas comerciales de la Ruta de la Seda hacia la India, Oriente Medio y, finalmente, Europa. En la Edad Media, la seda se había convertido en un símbolo de estatus y un producto codiciado en los mercados europeos. Incluso hoy en día, la seda se asocia con el lujo y el estatus.
Las mismas propiedades básicas que hacen que la tela de seda sea mundialmente reconocida (elasticidad, durabilidad y resistencia) han llevado a su uso en aplicaciones de materiales modernos.
“Ha habido mucha investigación sobre el uso de la seda como una forma de modular señales electrónicas, pero debido a que las proteínas de la seda están naturalmente desordenadas, sólo es posible un cierto control”, dijo James D’Urio, PNN con el nombramiento dual. . Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales y Química de la Universidad de Washington. “Entonces, con nuestra experiencia en el control del crecimiento de materiales en superficies, pensamos: ‘¿Qué pasaría si pudiéramos crear una mejor interfaz?'”
Para ello, el equipo controló cuidadosamente las condiciones de reacción, añadiendo con precisión fibras de seda individuales al sistema a base de agua. Mediante condiciones precisas de laboratorio, el equipo obtuvo una capa 2D altamente ordenada de proteínas empaquetadas en láminas β exactamente paralelas, una de las formas más comunes de proteínas en la naturaleza. Otros estudios de imágenes y cálculos teóricos complementarios muestran que la fina capa de seda adopta una estructura estable con propiedades que se encuentran en la seda natural. Una estructura electrónica de esta escala (menos de la mitad del espesor de una hebra de ADN) respalda la miniaturización omnipresente en la industria bioelectrónica.
“Este tipo de material se presta a lo que llamamos efecto de campo”, dijo DiUrio. “Eso significa que es un interruptor de transistor que se enciende o apaga en respuesta a una señal. Si le agregas un anticuerpo, por ejemplo, cuando se une una proteína objetivo, enciendes el transistor”.
De hecho, los investigadores planean utilizar este material y técnica inicial para crear su propia seda artificial con proteínas funcionales añadidas para aumentar su eficacia y especificidad.
Este estudio representa el primer paso hacia una capa de seda controlada en componentes electrónicos activos. Las áreas clave de investigación futura incluyen la mejora de la estabilidad y la conductividad de los circuitos integrados de seda y la exploración del potencial de la seda en la electrónica biodegradable para ampliar el uso de la química verde en la fabricación de productos electrónicos.
Además de D’Urio, el científico de materiales del PNNL Shuai Zhang y Xiang Yang Liu de la Universidad de Xiamen, Xiamen, China, fueron coautores principales del estudio. Otros contribuyentes incluyen a Marlo Zorman de la Universidad de Washington, Seattle; Xiao Zhao y Miquel B. Salmeron del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; y Jim Fendtner de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Este estudio fue apoyado por la Oficina de Ciencias del DOE, Programa de Ciencias Energéticas Básicas. Las simulaciones de dinámica molecular y las mediciones de microscopía con sonda Kelvin de barrido fueron respaldadas por el Programa de Centros de Investigación de Fronteras Energéticas del DOE BES en CSSAS: el Centro para las Ciencias de Síntesis a través de escalas de la Universidad de Washington.
