Nakon hiljada godina kao veoma vredna roba, svila nastavlja da iznenađuje. Sada bi to moglo pomoći da se otvori potpuno novi pravac za mikroelektroniku i računarstvo.
Dok je protein svile korišćen u dizajnerskoj elektronici, njegova upotreba je trenutno delimično ograničena zato što su svilena vlakna neuredan splet pramenova nalik špagetima.
Sada je istraživački tim koji predvode naučnici iz Nacionalne laboratorije Pacifik severozapad pri Odeljenju za energetiku ukrotio klupko. Oni izvještavaju u časopisu Science Advances da su postigli jednoličan dvodimenzionalni (2D) sloj fragmenata proteina svile, ili „fibroina“, na grafenu, materijalu na bazi ugljenika korisnom zbog svoje odlične električne provodljivosti.
„Ovi rezultati obezbeđuju reproduktivnu metodu za samosastavljanje proteina svile koja je neophodna za projektovanje i proizvodnju elektronike na bazi svile“, rekao je Cheniang Shi, vodeći autor studije. „Važno je napomenuti da je ovaj sistem netoksičan i zasnovan na vodi, što je ključno za biokompatibilnost.“
Ova kombinacija materijala — svila na grafenu — mogla bi da formira osetljiv tranzistor koji se može podesiti, koji je veoma poželjan u industriji mikroelektronike za nosive i implantabilne zdravstvene senzore. PNNL tim takođe vidi potencijal za njihovu upotrebu kao ključne komponente memorijskih tranzistora ili „memristora“ u računarskim neuronskim mrežama. Memristori, koji se koriste u neuronskim mrežama, omogućavaju računarima da imitiraju kako funkcioniše ljudski mozak.
Vekovima je proizvodnja svilene bube bila strogo čuvana tajna u Kini, dok se njena slava širila slavnim trgovačkim putevima Puta svile do Indije, Bliskog istoka i na kraju Evrope. Do srednjeg veka, svila je postala statusni simbol i željena roba na evropskim tržištima. I danas se svila povezuje sa luksuzom i statusom.
Ista osnovna svojstva koja čine svilenu tkaninu svetski poznatom – elastičnost, izdržljivost i snaga – dovela su do njene upotrebe u primenama naprednih materijala.
„Bilo je mnogo istraživanja koristeći svilu kao način modulacije elektronskih signala, ali pošto su proteini svile prirodno poremećeni, postoji samo toliko kontrole koja je moguća“, rekao je Džejms De Joreo, saradnik Battelle u PNNL-u sa dvostrukim imenovanjem kao profesor nauke o materijalima i inženjerstva i hemije na Univerzitetu u Vašingtonu.
„Dakle, sa našim iskustvom u kontroli rasta materijala na površinama, pomislili smo ’šta ako možemo da napravimo bolji interfejs?“
Da bi to uradio, tim je pažljivo kontrolisao uslove reakcije, dodajući pojedinačna svilena vlakna u sistem na bazi vode na precizan način. Kroz precizne laboratorijske uslove, tim je postigao visoko organizovan 2D sloj proteina upakovanih u precizne paralelne β-listove, jedan od najčešćih oblika proteina u prirodi.
Dalje studije snimanja i komplementarni teorijski proračuni pokazali su da tanki sloj svile usvaja stabilnu strukturu sa karakteristikama koje se nalaze u prirodnoj svili. Elektronska struktura na ovoj skali – manje od polovine debljine lanca DNK – podržava minijaturizaciju koja se nalazi svuda u industriji bioelektronike.
„Ova vrsta materijala je pogodna za ono što nazivamo efektima polja“, rekao je De Ioreo. „To znači da je to tranzistorski prekidač koji se uključuje ili isključuje kao odgovor na signal. Ako mu dodate, recimo, antitelo, onda kada se ciljni protein veže, izazivate da tranzistor menja stanja.“
Zaista, istraživači planiraju da iskoriste ovaj početni materijal i tehniku za kreiranje sopstvene veštačke svile sa dodatim funkcionalnim proteinima kako bi poboljšali njegovu korisnost i specifičnost.
Ova studija predstavlja prvi korak u kontrolisanom nanošenju slojeva svile na funkcionalne elektronske komponente. Ključne oblasti budućih istraživanja uključuju poboljšanje stabilnosti i provodljivosti kola integrisanih u svilu i istraživanje potencijala svile u biorazgradivoj elektronici kako bi se povećala upotreba zelene hemije u elektronskoj proizvodnji.
