Seidenbasierte Transistoren könnten zur Entwicklung neuer Mikroprozessoren führen, die neuronale Netze, selbstlernende Schaltkreise und direkte Speichermöglichkeiten imitieren. Laut TechXplore können sie aber auch einfach als Sensoren eingesetzt werden.
Wissenschaftler des Silklab der Tufts University haben eine neue Klasse von Transistoren entwickelt, die biologische Elemente mit elektronischen Komponenten verbindet. Durch die Verwendung von Seidenfibroin als Isolator bieten diese Transistoren eine interaktive Reaktion auf biologische und umweltbedingte Reize, was eine Reihe von Gesundheitsanwendungen ermöglicht. Darüber hinaus könnten diese Transistoren in der bio-interaktiven Elektronik eingesetzt werden, was jedoch einen Wandel in der Halbleiterindustrie voraussetzt, der wahrscheinlich nicht in naher Zukunft, wenn überhaupt, eintreten wird.
Seidenfibroin, ein organisches Material, ersetzt die herkömmlichen anorganischen Isolatoren, die üblicherweise in elektronischen Bauteilen verwendet werden. Die Eigenschaften von Seidenfibroin ermöglichen eine präzise Ablagerung auf Oberflächen und die Modifizierung durch verschiedene biologische und chemische Moleküle, was seine Anpassungsfähigkeit und Interaktion mit biologischen und Umweltelementen verbessert.
Die praktische Anwendbarkeit dieser Hybridtransistoren wurde in einem Prototyp eines Atemsensors demonstriert, der eine außergewöhnliche Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitsänderungen aufweist. Dies verdeutlicht das Potenzial dieser Transistoren für medizinische Diagnosegeräte, einschließlich Geräten zur Erkennung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenkrankheiten und Schlafapnoe sowie Überwachungsgeräten für die Sauerstoffversorgung des Blutes, den Blutzuckerspiegel und mehr.
„Jetzt können wir Hybridtransistoren mit den gleichen Verfahren herstellen, die auch für die kommerzielle Chipfertigung verwendet werden“, sagt Beom Joon Kim, Postdoktorand an der School of Engineering der Tufts University. „Das bedeutet, dass man mit den heute verfügbaren Möglichkeiten eine Milliarde davon herstellen kann.“
Manipulation der ionischen Zusammensetzung der Seide
Die komplizierte Funktionsweise der seidenbasierten Transistoren beruht auf der Manipulation der ionischen Zusammensetzung der Seide. Diese Manipulation ermöglicht eine variable Informationsverarbeitung, ähnlich wie bei der analogen Datenverarbeitung. Ein solch nuancierter Betriebsansatz ermöglicht es den Transistoren, mit einem Spektrum von biologischen und umweltbedingten Faktoren zu interagieren, und hat das Potenzial, die Rechenprozesse in modernen Mikroprozessoren zu revolutionieren.
Den Forschern zufolge lässt sich die erfolgreiche Verarbeitung von Seide im Nanomaßstab nahtlos in bestehende kommerzielle Chip-Herstellungstechnologien integrieren. Diese Kompatibilität könnte die Möglichkeit eröffnen, aktuelle elektronische Geräte und Systeme so weiterzuentwickeln, dass sie Milliarden von biologisch interaktiven Transistoren enthalten. Dies könnte zur Entwicklung fortschrittlicher Mikroprozessoren führen, ähnlich wie neuronale Netze in der künstlichen Intelligenz, selbstanpassende Schaltungen und direkte Speichermöglichkeiten in Transistoren, so die Forscher.
„In Zukunft könnte man sich integrierte Schaltkreise vorstellen, die sich selbst trainieren, auf Umweltsignale reagieren und den Speicher direkt in den Transistoren aufzeichnen, anstatt ihn an einen separaten Speicher zu senden“, sagte Fiorenzo Omenetto, der Leiter des Silklab der Tufts University.
