Nouveaux Matériaux: Des Chercheurs Développent Une Technologie Pour Créer Une Couche De Protéines Filamentaires Bidimensionnelles Sur Le Graphène

Les chercheurs ont développé une méthode pour créer une couche de protéines de filament bidimensionnelles sur le Graphène, augmentant ainsi le potentiel d'application du graphène dans le domaine de la microélectronique, en particulier dans les capteurs de santé portables et implantables et les transistors de stockage dans le domaine de l'informatique.Cette innovation fournit un système non toxique, à base d'eau et biocompatible qui a le potentiel de révolutionner l'utilisation de la soie dans les matériaux de luxe et les industries de haute technologie.Cette recherche ouvre la voie à de nouvelles avancées dans les circuits intégrés en soie et les solutions électroniques durables.

Des molécules individuelles de protéines de soie ou « Fibrine de soie» (bleu) sont déposées à la surface du graphène, entourées d’eau (sphères vertes et rouges) et se développent en paillettes bidimensionnelles (2d) de précision atomique.Le dépôt contrôlé de fibres de soie peut apporter un grand nombre de dispositifs électroniques biodégradables.Crédit: MikePerkins | Laboratoire national du Pacifique Nord - Ouest

La Soie a été une marchandise de grande valeur pendant des milliers d'années, mais elle surprend toujours les gens.Maintenant, il peut aider à ouvrir une toute nouvelle direction dans la microélectronique et l'informatique.

Bien que la protéine de soie ait été utilisée dans la conception de produits électroniques, son application est actuellement limitée, en partie parce que la fibre de soie est un désordre de fibres ressemblant à des spaghettis.

Maintenant, l’équipe de recherche dirigée par des scientifiques du laboratoire national du Pacifique Nord - Ouest (pnnl) du Département de l’Énergie des États - Unis a apprivoisé l’enchevêtrement.Ils sont aujourd’hui (18 septembre) dans Science AdvancesAdvances) a rapporté dans la revue qu'ils avaient formé une couche homogène de fragments de silicine bidimensionnels (2d) (ou « fibrine») sur le Graphène, un matériau à base de carbone avec d'excellentes propriétés de conductivité.

Image de microscopie à force atomique de cellulose de soie auto - Assemblée homogène sur Graphène.Crédit photo: James de yoreo | Laboratoire national du Pacifique Nord - Ouest

"Ces résultats fournissent une méthode reproductible d'auto - assemblage des protéines de soie, ce qui est essentiel pour la conception et la fabrication de dispositifs électroniques à base de soie", a déclaré Chen Yang Shi, premier auteur de l'étude."Il est important de noter que ce système est non toxique et à base d'eau, ce qui est essentiel pour la biocompatibilité."

Cette combinaison de matériaux - silicium sur Graphène - peut former un transistor sensible et réglable, un capteur de santé portable et Implantable très demandé par l'industrie de la microélectronique.Le pnnlL’équipe a également vu leur potentiel en tant qu’éléments clés des transistors de mémoire ou « memristors» pour les réseaux neuronaux informatiques.Les memristors utilisés dans les réseaux neuronaux permettent aux ordinateurs d'imiter le fonctionnement du cerveau humain.

La production de soie a été un secret bien gardé en Chine pendant des siècles, tandis que sa renommée s'est répandue en Inde, au Moyen - Orient et finalement en Europe via la célèbre route commerciale de la soie.Au Moyen Âge, la soie était devenue un symbole d'identité et une marchandise convoitée sur le marché européen.À ce jour, la soie est toujours associée au luxe et au statut.

Les caractéristiques de base des tissus de soie telles que l'élasticité, la durabilité et la force les ont rendus célèbres dans le monde entier et largement utilisés dans le domaine des matériaux avancés.

James de yoreo, chercheur au pnnl Bartle, professeur de science et d’ingénierie des matériaux et professeur de chimie à l’université de Washington« il y a eu beaucoup de recherches utilisant la soie pour moduler les signaux électroniques, mais comme les protéines de la soie sont naturellement désordonnées, elles ne peuvent être contrôlées que de manière limitée », explique - t - il. « donc, avec notre expérience dans le contrôle de la croissance de surface des matériaux, nous nous sommes demandés: « et si nous pouvions créer une meilleure interface? »

Pour ce faire, l'équipe a soigneusement contrôlé les conditions de réaction en ajoutant des fibres de filament individuelles au système à base d'eau de manière précise.Grâce à des conditions de laboratoire précises, l'équipe a obtenu des couches hautement ordonnées de protéines bidimensionnelles disposées en plaques bêta parallèles précises, l'une des formes de protéines les plus courantes dans la nature.D'autres études d'imagerie et des calculs théoriques complémentaires ont montré que la couche mince de filament adopte une structure stable qui a les caractéristiques d'un filament naturel.Structure électronique de cette taille - moins d'épaisseurLa moitié des brins d’adn – soutient la miniaturisation partout dans l’industrie de la bioélectronique.

De yoreo« ce matériau lui - même a ce que nous appelons un effet de champ. Cela signifie qu’il s’agit d’un interrupteur à transistor qui peut être activé ou désactivé en fonction du signal. Si vous y ajoutez des anticorps, cela provoque le changement d’état du transistor lorsque la protéine cible se lie. »

En fait, les chercheurs envisagent d'utiliser cette matière première et cette technologie pour fabriquer leur propre rayonne et y ajouter des protéines fonctionnelles afin d'améliorer son utilité et sa spécificité.

Cette étude fait le premier pas vers une soie à couches contrôlables sur des composants électroniques fonctionnels.Les domaines clés de la recherche future comprennent l'amélioration de la stabilité et de la conductivité des circuits intégrés de la soie et l'exploration du potentiel de la soie dans les produits électroniques biodégradables, conduisant à une utilisation accrue de la chimie verte dans la fabrication électronique.