(Nanowerk Nieuws) Het kan zijn dat uw telefoon meer dan 15 miljard kleine transistors in de microprocessorchips bevat. De transistors zijn gemaakt van silicium, metalen zoals goud en koper, en isolatoren die samen een elektrische stroom opnemen en deze omzetten in 1s en 0s om informatie te communiceren en op te slaan. De transistormaterialen zijn anorganisch en zijn in principe afkomstig van steen en metaal. Maar wat als je deze fundamentele elektronische componenten gedeeltelijk biologisch zou kunnen maken, zodat ze direct op de omgeving kunnen reageren en kunnen veranderen als levend weefsel? Dit is wat een team van Tufts University Silklab deed toen ze transistors creëerden die het isolatiemateriaal vervangen door biologische zijde. Zij rapporteerden hun bevindingen in Geavanceerde materialen (“Bimodaal poortmechanisme in hybride dunnefilmtransistors op basis van dynamisch herconfigureerbare biopolymeerinterfaces op nanoschaal”).
Een ademsensor bevat hybride biologische siliciumtransistors die hun elektronische gedrag veranderen wanneer ze worden blootgesteld aan gassen en andere moleculen. (Afbeelding: Fio Omenetto, Silklab, Tufts University) Zijdefibroïne – het structurele eiwit van zijdevezels – kan nauwkeurig op oppervlakken worden afgezet en gemakkelijk worden aangepast met andere chemische en biologische moleculen om de eigenschappen ervan te veranderen. Op deze manier gefunctionaliseerde zijde kan een breed scala aan componenten uit het lichaam of de omgeving oppikken en detecteren. Bij de eerste demonstratie van een prototype-apparaat door het team werden de hybride transistors gebruikt om een zeer gevoelige en ultrasnelle ademsensor te maken, die veranderingen in de luchtvochtigheid detecteerde. Verdere modificaties van de zijdelaag zouden apparaten in staat kunnen stellen bepaalde hart- en longziekten te detecteren, evenals slaapapneu, of kooldioxideniveaus en andere gassen en moleculen in de adem op te pikken die diagnostische informatie zouden kunnen opleveren. Als ze in combinatie met bloedplasma worden gebruikt, kunnen ze mogelijk informatie verschaffen over de niveaus van oxygenatie en glucose, circulerende antilichamen en meer. Vóór de ontwikkeling van de hybride transistors had het Silklab, onder leiding van Fiorenzo Omenetto, de Frank C. Doble hoogleraar techniek, al fibroïne gebruikt om bioactieve inkten te maken voor stoffen die veranderingen in de omgeving of op het lichaam kunnen detecteren en tatoeages kunnen waarnemen. die onder de huid of op de tanden kunnen worden geplaatst om de gezondheid en het dieet te monitoren, en sensoren die op elk oppervlak kunnen worden geprint om ziekteverwekkers zoals het virus dat verantwoordelijk is voor COVID19 te detecteren.
Hoe het werkt
A transistor is gewoon een elektrische schakelaar, waarbij een metalen elektrische draad naar binnen gaat en een andere naar buiten gaat. Tussen de draden bevindt zich het halfgeleidermateriaal, zo genoemd omdat het geen elektriciteit kan geleiden, tenzij het wordt overgehaald. Een andere bron van elektrische input, een poort genaamd, is van al het andere gescheiden door een isolator. De poort fungeert als de "sleutel" om de transistor aan en uit te zetten. Het activeert de aan-toestand wanneer een drempelspanning – die we ‘1’ zullen noemen – een elektrisch veld over de isolator creëert, waardoor de elektronenbeweging in de halfgeleider wordt gestimuleerd en de stroom door de leidingen op gang komt. In een biologische hybride transistor wordt een zijdelaag gebruikt als isolator, en wanneer deze vocht absorbeert, gedraagt deze zich als een gel die alle ionen (elektrisch geladen moleculen) bevat die zich daarin bevinden. De poort activeert de aan-toestand door ionen in de zijdegel te herschikken. Door de ionische samenstelling in de zijde te veranderen, verandert de werking van de transistor, waardoor deze kan worden geactiveerd door elke poortwaarde tussen nul en één. "Je kunt je voorstellen dat je circuits creëert die gebruik maken van informatie die niet wordt weergegeven door de discrete binaire niveaus die worden gebruikt bij digitaal computergebruik, maar die variabele informatie kunnen verwerken zoals bij analoog computergebruik, waarbij de variatie wordt veroorzaakt door het veranderen van wat zich in de zijden isolator bevindt", aldus Omenetto. “Dit opent de mogelijkheid om biologie te introduceren in computers binnen moderne microprocessors”, aldus Omenetto. De krachtigste bekende biologische computer zijn uiteraard de hersenen, die informatie verwerken met variabele niveaus van chemische en elektrische signalen. De technische uitdaging bij het creëren van hybride biologische transistors was het realiseren van zijdeverwerking op nanoschaal, tot 10 nm of minder dan 1/10000ste van de diameter van een mensenhaar. “Nu we dat hebben bereikt, kunnen we nu hybride transistors maken met dezelfde fabricageprocessen die worden gebruikt voor de commerciële chipproductie”, zegt Beom Joon Kim, postdoctoraal onderzoeker aan de School of Engineering. “Dit betekent dat je er een miljard van kunt maken met de mogelijkheden die vandaag beschikbaar zijn.” Het hebben van miljarden transistorknooppunten met verbindingen die opnieuw zijn geconfigureerd door biologische processen in de zijde, zou kunnen leiden tot microprocessors die zouden kunnen werken als de neurale netwerken die in AI worden gebruikt. “Vooruitkijkend zou je je kunnen voorstellen dat er geïntegreerde circuits zijn die zichzelf trainen, reageren op omgevingssignalen en het geheugen rechtstreeks in de transistors opslaan in plaats van het naar aparte opslag te sturen”, zegt Omenetto. Apparaten die complexere biologische toestanden detecteren en erop reageren, evenals grootschalige analoge en neuromorfe computergebruik moeten nog worden gemaakt. Omenetto is optimistisch over toekomstige kansen. “Dit opent een nieuwe manier van denken over het raakvlak tussen elektronica en biologie, met veel belangrijke fundamentele ontdekkingen en toepassingen in het verschiet.”- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64094.php
