Các bóng bán dẫn dựa trên tơ tằm mở ra tiềm năng cho các vi xử lý và cảm biến sinh học mới

Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Tơ lụa của Đại học Tufts đã phát triển một loại bóng bán dẫn mới kết hợp các yếu tố sinh học với các thành phần điện tử. Bằng cách sử dụng fibroin tơ tằm làm chất cách điện, các bóng bán dẫn này cung cấp khả năng đáp ứng tương tác với các kích thích sinh học và môi trường, mở ra cánh cửa cho một loạt các ứng dụng y tế. Ngoài ra, các bóng bán dẫn này có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử tương tác sinh học, mặc dù điều này sẽ đòi hỏi một sự thay đổi trong ngành công nghiệp bán dẫn, điều khó có thể xảy ra trong thời gian ngắn, nếu có.

Fibroin tơ tằm, một vật liệu hữu cơ, thay thế các chất cách điện vô cơ thông thường thường được sử dụng trong các linh kiện điện tử. Các thuộc tính của fibroin tơ tằm cho phép độ chính xác trong việc lắng đọng lên các bề mặt và sửa đổi bằng cách sử dụng các phân tử sinh học và hóa học khác nhau, tăng cường khả năng thích ứng và tương tác của nó với các yếu tố sinh học và môi trường.

Khả năng ứng dụng thực tế của các bóng bán dẫn lai này đã được thể hiện trong một nguyên mẫu cảm biến hơi thở, thể hiện độ nhạy đặc biệt với sự thay đổi độ ẩm. Điều này cho thấy tiềm năng của các bóng bán dẫn này trong thiết bị chẩn đoán y tế, bao gồm các thiết bị phát hiện bệnh tim mạch, bệnh phổi và chứng ngưng thở khi ngủ, cũng như các máy theo dõi oxy máu, mức glucose và hơn thế nữa.

"Đã đạt được điều đó, chúng tôi có thể tạo ra các bóng bán dẫn lai với quy trình chế tạo tương tự được sử dụng để sản xuất chip thương mại", Beom Joon Kim, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Trường Kỹ thuật thuộc Đại học Tufts cho biết. "Điều này có nghĩa là bạn có thể tạo ra một tỷ thứ này với các khả năng có sẵn ngày nay."

Hoạt động phức tạp của các bóng bán dẫn dựa trên tơ tằm nằm ở sự thao tác thành phần ion bên trong tơ. Thao tác này cho phép xử lý thông tin biến đổi, giống như chức năng được thấy trong tính toán tương tự. Cách tiếp cận hoạt động sắc thái như vậy cho phép các bóng bán dẫn tương tác với một loạt các yếu tố sinh học và môi trường, với tiềm năng cách mạng hóa các quy trình tính toán trong các bộ vi xử lý hiện đại.

Theo các nhà nghiên cứu, quá trình xử lý nanoscale thành công của tơ tằm có thể được tích hợp liền mạch với các công nghệ sản xuất chip thương mại hiện có. Khả năng tương thích này có thể báo trước khả năng phát triển các thiết bị và hệ thống điện tử hiện tại để bao gồm hàng tỷ bóng bán dẫn tương tác sinh học. Điều này có thể dẫn đến sự phát triển của các bộ vi xử lý tiên tiến, giống như mạng lưới thần kinh trong trí tuệ nhân tạo, mạch tự thích ứng và khả năng lưu trữ bộ nhớ trực tiếp trong các bóng bán dẫn, các nhà nghiên cứu cho biết.

"Nhìn về phía trước, người ta có thể tưởng tượng việc có các mạch tích hợp tự đào tạo, phản ứng với các tín hiệu môi trường và ghi lại bộ nhớ trực tiếp trong các bóng bán dẫn thay vì gửi nó đến bộ nhớ riêng biệt", Fiorenzo Omenetto, trưởng phòng thí nghiệm Tơ lụa của Đại học Tufts cho biết.