Tranzistor s proteinom svile za spoj biologije i elektronike

Tranzistori su napravljeni od silicija, metala poput zlata i bakra i izolatora, koji zajedno uzimaju električnu struju i pretvaraju je u jedinice i nule kako bi prenijeli informacije i pohranili ih. Materijali tranzistora su anorganski, no znanstvenici Sveučilišta Tufts su se zapitali što ako te temeljne elektroničke komponente učinite dijelom biološkima, sposobnima izravno reagirati na okoliš i mijenjati se poput živog tkiva?

Istraživači su stoga stvorili nove tranzistore zamjenjujući izolacijski materijal biološkom svilom, odnosno fibroinom, proteinom prisutnim u svili koju proizvode brojni kukci. On se može precizno nataložiti na površine i lako modificirati drugim kemijskim i biološkim molekulama kako bi se promijenila njegova svojstva. Svila aplicirana na ovaj način može uhvatiti i otkriti širok raspon komponenti iz tijela ili okoline.

Prva demonstracija prototipa uređaja od strane tima, koristila je hibridne tranzistore sa svilenim fibroinom za izradu visokoosjetljivog i ultrabrzog senzora daha koji detektira promjene u vlažnosti. Daljnje modifikacije svilenog sloja u tranzistorima mogle bi omogućiti uređajima da otkriju neke kardiovaskularne i plućne bolesti, kao i apneju za vrijeme spavanja, ili da pokupe razine ugljičnog dioksida i drugih plinova i molekula u dahu koji bi mogli pružiti dijagnostičke informacije.

Korišteni s krvnom plazmom, potencijalno bi mogli pružiti informacije o razinama oksigenacije i glukoze, cirkulirajućim protutijelima i još mnogo toga.

Prije razvoja hibridnih tranzistora, tim predvođen Fiorenzom Omenettoom, profesorom inženjerstva, već je koristio fibroin za izradu bioaktivnih tinti za tkanine koje mogu detektirati promjene u okolišu ili na tijelu, osjećajući tetovaže koji se mogu postaviti pod kožu ili na zube za praćenje zdravlja i prehrane te senzore koji se mogu otisnuti na bilo koju površinu za otkrivanje patogena poput virusa odgovornog za COVID-19.

U biološkom hibridnom tranzistoru, sloj svile se koristi kao izolator, a kada apsorbira vlagu, ponaša se poput gela koji nosi sve ione (električno nabijene molekule) koji se nalaze u njemu. Vrata (gate) aktiviraju uključeno stanje preuređivanjem iona u svilenom gelu. Promjenom ionskog sastava u svili, rad tranzistora se mijenja, dopuštajući da se aktivira bilo kojom vrijednošću između nule i jedan.

Tehnički izazov u stvaranju hibridnih bioloških tranzistora bio je postići obradu svile na nanoskali, do 10 nm, ili manje od 1/10.000 promjera ljudske vlasi. "Nakon što smo to postigli, sada možemo izraditi hibridne tranzistore s istim procesima izrade koji se koriste za komercijalnu proizvodnju čipova", rekao je Beom Joon Kim, postdoktorski istraživač na Fakultetu inženjerstva.

Tranzistorski čvorovi s ​​vezama rekonfiguriranim biološkim procesima u svili mogli bi dovesti do mikroprocesora koji bi se mogli ponašati poput neuronskih mreža koje se koriste u umjetnoj inteligenciji.

Studiju objavljenu u časopisu Advanced Materials možete pronaći na ovoj poveznici.