超薄的丝绸层在石墨烯上精心排列，标志着在微电子学中实现所需控制的重要里程碑，并促进先进神经网络的发展。丝绸，作为一种价值连城的材料，已被珍视数千年，继续令我们惊叹。它现在有潜力引领微电子学和计算进入一个新时代。
尽管丝蛋白已被用于特殊电子产品中，但由于丝绸纤维的混乱结构像缠绕的意大利面，应用仍然有限。
来自美国能源部太平洋西北国家实验室的研究团队成功地组织了这种混乱。他们在期刊《科学进展》中报告，他们在石墨烯上创建了一种均匀的二维（2D）丝蛋白片段层，被称为“纤维素”。
“这些发现提供了一种自组装丝蛋白的可靠方法，而这对于丝基电子组件的设计和生产至关重要，”研究的主要作者施晨阳表示。“这个系统无毒且水基，确保其生物相容性也至关重要。”
丝绸与石墨烯的结合可能导致创造出灵敏的、可调节的晶体管，这在微电子学领域的可穿戴和植入式健康监测设备中备受追捧。PNNL的研究人员还设想将其用于内存晶体管或“记忆电阻”，这对于在神经网络中模拟人类大脑功能的计算机至关重要。
丝绸之路
几个世纪以来，从蚕中生产丝绸在中国一直是一个严密保守的秘密，通过历史上的丝绸之路贸易路线传到了印度、中东，最终传入欧洲。到了中世纪，丝绸成为一种地位的象征，在欧洲市场上受到高度追捧。今天，丝绸仍然与奢华和地位同义。
使丝绸面料在全球备受喜爱的特性——如弹性、耐用性和强度——促使其在先进材料技术中的应用。
“广泛的研究探索了使用丝绸来修改电子信号；然而，由于丝蛋白的固有无序，有效控制一直受到限制，”PNNL的巴特尔研究员詹姆斯·德·约雷奥如此解释，他同时担任华盛顿大学的材料科学与工程及化学教授。“鉴于我们在表面材料生长控制方面的背景，我们考虑创建更好的界面。”
为了实现这一目标，团队精心管理反应设置，故意将丝绸纤维引入水基介质中。他们成功生成了一种高度有序的2D蛋白质阵列，呈平行β-折叠，这是自然界中常见的蛋白质结构。额外的成像和理论分析证实，这个薄丝层具有类似于天然丝绸的稳定结构。这个电子结构—厚度不足单个DNA链的一半，增强了微型化，这一趋势在生物电子领域显而易见。
“这种材料非常适合我们所称的场效应，”德·约雷奥指出。“这意味着它作为晶体管开关，随着信号的输入切换开和关状态。例如，如果你附加一个抗体，目标蛋白的结合将触发晶体管状态的切换。”
此外，研究人员旨在利用这基础材料和方法来开发注入功能性蛋白的人工丝绸，以提高其特异性和实用性。
这项研究标志着在功能电子组件上控制丝绸分层的初步步骤。未来的研究方向将重点于提高丝绸集成电路的稳定性和导电性，并研究丝绸在生物可降解电子产品中的可能性，以促进环保化学在电子生产中的应用。
除了德·约雷奥，高级合著者还包括PNNL材料科学家张帅和来自中国厦门大学的刘向阳。其他合作者包括华盛顿大学西雅图的马尔洛·佐曼、劳伦斯伯克利国家实验室的肖赵和米奎尔·B·萨尔梅隆，以及北卡罗来纳州立大学的吉姆·法恩特纳。
这项研究得到了美国能源部科学办公室基础能源科学项目的资助。用于分子动力学模拟和扫描凯尔文探针显微镜测量的支持来自美国能源部基础能源科学能源前沿研究中心项目，通过华盛顿大学跨尺度合成科学中心提供。
