Stavljanje 50 milijardi tranzistora u mikročip veličine nokta je podvig koji zahteva proizvodne metode preciznosti nanometarskog nivoa – nanošenje slojeva tankih filmova, zatim graviranje, deponovanje ili korišćenje fotolitografije za kreiranje uzoraka poluprovodnika, izolatora, metala i drugih. materijali koji čine male radne uređaje unutar čipa.
Proces se u velikoj meri oslanja na rastvarače koji nose i talože materijale u svakom sloju — rastvarače koji mogu biti teški za rukovanje i toksični su po životnu sredinu.
Sada su istraživači predvođeni Fjorencom Omenetom, profesorom inženjerstva Franka C. Doblea u Tuftsu, razvili pristup nanoproizvodnji koji koristi vodu kao primarni rastvarač, čineći ga ekološki kompatibilnijim i otvarajući vrata razvoju uređaja koji kombinuju neorganske i biološke materijale . Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Nanotechnology.
Izazov u korišćenju vode kao rastvarača je taj što su materijali sa kojima dolazi u kontakt tokom proizvodnje često hidrofobni, što znači da odbijaju vodu. Slično kao na način na koji vodene perle na dobro namazanom automobilu, površina silikonske pločice ili drugog materijala može izdržati ravnomerno premazivanje materijalom na bazi vode.
Omenetto i njegov tim na Univerzitetu Tufts Silklab otkrili su da proteinski gradivni blok obične svile, nazvan svileni fibroin, može značajno poboljšati sposobnost vode da ravnomerno pokrije praktično svaku površinu, u zavisnosti od toga koliko je fibroina dodato.
Drugi takvi surfaktanti koji menjaju svojstva vode koriste se u komercijalnoj proizvodnji za rešavanje ovog problema, ali fibroin svile se može koristiti u znatno manjim količinama, daje rezultate vrhunskog kvaliteta i biološki je i ekološki prihvatljiv.
„Ovo otvara ogromnu priliku u proizvodnji uređaja“, rekao je Omenetto. „Ne samo da se materijali i metali rastvorljivi u vodi mogu deponovati na silicijum, već i na sve vrste polimera. Možemo čak deponovati i štampati biološke molekule na praktično bilo kojoj površini sa nanometarskom preciznošću.“
Omenetto i njegov tim su demonstrirali ovu sposobnost u ranijim studijama stvarajući hibridni silicijum-biološki tranzistor koji može da reaguje na okruženje, prelaz između digitalne i analogne obrade, i čak može da bude prekursor neuromorfnih uređaja (sličnih mozgu).
Biološki molekuli su korišćeni u kombinaciji sa elektronikom za otkrivanje glukoze u krvi, antitela koja ukazuju na infekciju i DNK fragmenata za identifikaciju mutacija, na primer, ali njihovo integrisanje u uobičajene nanoproizvedene uređaje kao što su mikročipovi može omogućiti dizajn sledeće generacije biosenzora i procesora. koji reaguju na zdravlje i životnu sredinu.
Nanouređaji prikazani u trenutnoj studiji koristeći obradu na bazi vode uključuju mnoge komponente koje su danas u širokoj upotrebi u računarima, pametnim telefonima, solarnim ćelijama i drugim tehnologijama:
Performanse ovih komponenti su bile slične onima njihovih komercijalno razvijenih kolega. U stvari, proizvodnja mikročipova i drugih nanouređaja na bazi vode može se lako zameniti trenutnim proizvodnim procesom, rekli su istraživači.
