(Tin tức Nanowerk) Điện thoại của bạn có thể có hơn 15 tỷ bóng bán dẫn nhỏ được đóng gói trong các chip vi xử lý của nó. Các bóng bán dẫn được làm bằng silicon, các kim loại như vàng và đồng, và các chất cách điện cùng nhau lấy dòng điện và chuyển đổi nó thành 1 và 0 để truyền thông tin và lưu trữ. Vật liệu bán dẫn là vật liệu vô cơ, về cơ bản có nguồn gốc từ đá và kim loại. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể làm cho những thành phần điện tử cơ bản này trở thành một phần sinh học, có khả năng phản ứng trực tiếp với môi trường và thay đổi giống như mô sống? Đây là điều mà một nhóm tại Đại học Tufts Silklab đã làm khi họ tạo ra các bóng bán dẫn thay thế vật liệu cách điện bằng tơ sinh học. Họ đã báo cáo những phát hiện của họ trong Vật liệu tiên tiến (“Cơ chế giao phối lưỡng kim trong các bóng bán dẫn màng mỏng lai dựa trên các giao diện polyme sinh học kích thước nano có thể cấu hình lại động”).
Cảm biến hơi thở bao gồm các bóng bán dẫn silicon sinh học lai làm thay đổi hoạt động điện tử của chúng khi tiếp xúc với khí và các phân tử khác. (Hình ảnh: Fio Omenetto, Silklab, Đại học Tufts) Sợi tơ tằm—protein cấu trúc của sợi tơ—có thể được lắng đọng chính xác trên các bề mặt và dễ dàng biến đổi bằng các phân tử hóa học và sinh học khác để thay đổi đặc tính của nó. Tơ được chức năng hóa theo cách này có thể nhận biết và phát hiện nhiều loại thành phần từ cơ thể hoặc môi trường. Cuộc trình diễn đầu tiên của nhóm về một thiết bị nguyên mẫu đã sử dụng các bóng bán dẫn lai để tạo ra cảm biến hơi thở cực nhanh và có độ nhạy cao, phát hiện những thay đổi về độ ẩm. Những sửa đổi tiếp theo của lớp tơ có thể cho phép các thiết bị phát hiện một số bệnh về tim mạch và phổi, cũng như chứng ngưng thở khi ngủ hoặc xác định nồng độ carbon dioxide cũng như các loại khí và phân tử khác trong hơi thở có thể cung cấp thông tin chẩn đoán. Được sử dụng cùng với huyết tương, chúng có khả năng cung cấp thông tin về mức độ oxy hóa và glucose, kháng thể tuần hoàn, v.v. Trước khi phát triển các bóng bán dẫn lai, Silklab, do Fiorenzo Omenetto, Giáo sư kỹ thuật Frank C. Doble đứng đầu, đã sử dụng fibroin để tạo ra mực hoạt tính sinh học cho các loại vải có thể phát hiện những thay đổi trong môi trường hoặc trên cơ thể, cảm biến hình xăm. có thể được đặt dưới da hoặc trên răng để theo dõi sức khỏe và chế độ ăn uống, cũng như các cảm biến có thể được in trên bất kỳ bề mặt nào để phát hiện mầm bệnh như vi rút gây ra COVID19.
Cách thức Hoạt động
A bóng bán dẫn chỉ đơn giản là một công tắc điện, với một dây dẫn điện bằng kim loại đi vào và một dây khác đi ra. Ở giữa các dây dẫn là vật liệu bán dẫn, gọi như vậy vì nó không có khả năng dẫn điện trừ khi được dỗ. Một nguồn đầu vào điện khác gọi là cổng được ngăn cách với mọi thứ khác bằng một chất cách điện. Cổng đóng vai trò là “chìa khóa” để bật và tắt bóng bán dẫn. Nó kích hoạt trạng thái bật khi điện áp ngưỡng – mà chúng ta sẽ gọi là “1” – tạo ra một điện trường trên chất cách điện, kích thích chuyển động của electron trong chất bán dẫn và bắt đầu dòng điện chạy qua dây dẫn. Trong bóng bán dẫn lai sinh học, một lớp tơ được sử dụng làm chất cách điện và khi hấp thụ độ ẩm, nó hoạt động giống như một loại gel mang bất kỳ ion nào (phân tử tích điện) có trong đó. Cổng kích hoạt trạng thái bật bằng cách sắp xếp lại các ion trong gel lụa. Bằng cách thay đổi thành phần ion trong tơ, hoạt động của bóng bán dẫn sẽ thay đổi, cho phép nó được kích hoạt bởi bất kỳ giá trị cổng nào từ 10 đến 1. Omenetto cho biết: “Bạn có thể tưởng tượng việc tạo ra các mạch sử dụng thông tin không được biểu thị bằng các mức nhị phân rời rạc được sử dụng trong điện toán kỹ thuật số, nhưng có thể xử lý thông tin biến đổi như trong điện toán tương tự, với sự biến đổi gây ra bằng cách thay đổi những gì bên trong chất cách điện bằng lụa”. Omenetto cho biết: “Điều này mở ra khả năng đưa sinh học vào điện toán trong các bộ vi xử lý hiện đại”. Tất nhiên, máy tính sinh học mạnh nhất được biết đến là bộ não, xử lý thông tin với các mức tín hiệu hóa học và điện khác nhau. Thách thức kỹ thuật trong việc tạo ra các bóng bán dẫn sinh học lai là đạt được quá trình xử lý tơ ở quy mô nano, xuống tới 10000nm hoặc nhỏ hơn XNUMX/XNUMX đường kính của sợi tóc người. Beom Joon Kim, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật cho biết: “Sau khi đạt được điều đó, giờ đây chúng tôi có thể tạo ra các bóng bán dẫn lai với quy trình chế tạo tương tự được sử dụng để sản xuất chip thương mại”. “Điều này có nghĩa là bạn có thể tạo ra hàng tỷ chiếc như vậy với những khả năng sẵn có ngày nay.” Việc có hàng tỷ nút bóng bán dẫn với các kết nối được cấu hình lại bằng các quá trình sinh học trong tơ có thể tạo ra các bộ vi xử lý có thể hoạt động giống như mạng lưới thần kinh được sử dụng trong AI. Omenetto cho biết: “Nhìn về phía trước, người ta có thể tưởng tượng có các mạch tích hợp tự đào tạo, phản hồi các tín hiệu môi trường và ghi lại bộ nhớ trực tiếp trong các bóng bán dẫn thay vì gửi nó đến bộ lưu trữ riêng biệt”. Các thiết bị phát hiện và phản hồi với các trạng thái sinh học phức tạp hơn, cũng như điện toán tương tự và mô phỏng thần kinh quy mô lớn vẫn chưa được tạo ra. Omenetto lạc quan về những cơ hội trong tương lai. “Điều này mở ra một cách suy nghĩ mới về giao diện giữa điện tử và sinh học, với nhiều khám phá và ứng dụng cơ bản quan trọng phía trước”.- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=64094.php
