Seidenbasierte Transistoren könnten zur Entwicklung neuer Mikroprozessoren führen, die neuronale Netze, selbstlernende Schaltkreise und direkte Speicherspeicherung nachahmen. Oder einfach nur für Sensoren verwendet werden, entsprechend TechXplore.
Wissenschaftler bei Silklab der Tufts University haben eine neue Klasse von Transistoren entwickelt, die biologische Elemente mit elektronischen Komponenten verknüpft. Durch die Verwendung von Seidenfibroin als Isolator bieten diese Transistoren eine interaktive Reaktion auf biologische und Umweltreize und öffnen so die Tür zu einer Reihe von Gesundheitsanwendungen. Darüber hinaus könnten diese Transistoren in der biointeraktiven Elektronik eingesetzt werden, allerdings erfordert dies einen Wandel in der Halbleiterindustrie, der in naher Zukunft, wenn überhaupt, wahrscheinlich nicht eintreten wird.
Seidenfibroin, ein organisches Material, ersetzt herkömmliche anorganische Isolatoren, die üblicherweise in elektronischen Bauteilen verwendet werden. Die Eigenschaften von Seidenfibroin ermöglichen eine präzise Ablagerung auf Oberflächen und Modifikationen mithilfe verschiedener biologischer und chemischer Moleküle, wodurch seine Anpassungsfähigkeit und Interaktion mit biologischen und Umweltelementen verbessert wird.
Die praktische Anwendbarkeit dieser Hybridtransistoren wurde in einem Prototyp eines Atemsensors demonstriert, der eine außergewöhnliche Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeitsänderungen zeigte. Dies weist auf das Potenzial dieser Transistoren in medizinischen Diagnosegeräten hin, darunter Geräte zur Erkennung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenerkrankungen und Schlafapnoe sowie Überwachungsgeräte für Blutsauerstoffgehalt, Glukosespiegel und mehr.
„Da wir das erreicht haben, können wir jetzt Hybridtransistoren mit denselben Herstellungsprozessen herstellen, die für die kommerzielle Chipherstellung verwendet werden“, sagte Beom Joon Kim, Postdoktorand an der School of Engineering der Tufts University. „Das bedeutet, dass Sie mit den heute verfügbaren Funktionen eine Milliarde davon herstellen können.“
Die komplizierte Funktionsweise der auf Seide basierenden Transistoren liegt in der Manipulation der Ionenzusammensetzung innerhalb der Seide. Diese Manipulation ermöglicht die Verarbeitung variabler Informationen, ähnlich der Funktionalität der analogen Datenverarbeitung. Ein solch differenzierter Betriebsansatz ermöglicht es den Transistoren, mit einem Spektrum biologischer und umweltbedingter Faktoren zu interagieren, was das Potenzial hat, Rechenprozesse in modernen Mikroprozessoren zu revolutionieren.
Den Forschern zufolge lässt sich die erfolgreiche nanoskalige Verarbeitung von Seide nahtlos in bestehende kommerzielle Chip-Herstellungstechnologien integrieren. Diese Kompatibilität könnte die Möglichkeit eröffnen, aktuelle elektronische Geräte und Systeme so weiterzuentwickeln, dass sie Milliarden biologisch interaktiver Transistoren umfassen. Dies könnte zur Entwicklung fortschrittlicher Mikroprozessoren führen, ähnlich neuronalen Netzen in der künstlichen Intelligenz, selbstanpassenden Schaltkreisen und direkten Speicherfähigkeiten in Transistoren, sagten die Forscher.
„Mit Blick auf die Zukunft könnte man sich integrierte Schaltkreise vorstellen, die sich selbst trainieren, auf Umgebungssignale reagieren und den Speicher direkt in den Transistoren aufzeichnen, anstatt ihn an einen separaten Speicher zu senden“, sagte Fiorenzo Omenetto, Leiter des Silklab der Tufts University.