Only Perception: 來自人類的「生物可分解電晶體」

2012-03-13

來自人類的「生物可分解電晶體」

Biodegradable transistors -- made from us
http://www.physorg.com/news/2012-03-biodegradable-transistors-.html

March 7, 2012

矽，一種半導電元素，是現代絕大多數科技的基礎，包括手機與電腦。但根據 Tel Aviv 大學的研究者表示，在一個製造更小的、對環境更友善的產品的產業中，這種材料很快就會過時了。

現在，有一個團隊，那包含 TAU 化學系以及奈米科學與奈米技術中心博士生 Elad Mentovich 與 Netta Hendler、指導教授 Dr. Shachar Richter 以及與之合作的 Michael Gozin 教授還有他的博士生 Bogdan Belgorodsky，現在結合來自多個科學領域的尖端技術，從人體內發現的有機材料，創造出基於蛋白質的電晶體（半導體，為電子裝置帶來力量）。它們能成為新一代奈米化技術的基礎，同時兼具彈性（flexible，可撓性）與生物可分解性（biodegradable）。利用血液、奶以及黏液（mucus）蛋白進行研究，那有能力自我組裝成半導體薄膜，研究者已成功朝「生物可分解顯示螢幕」跨出第一步，而且他們意圖使用這種方法開發出整套電子裝置。他們的研究，那已出現在 Nano Letters 以及 Advanced Materials 期刊中，最近更在麻州波士頓獲頒 Materials Research Society Graduate Student Awards 的銀獎。

「由下到上」打造最佳電晶體

把矽當成一種半導體的挑戰之一是，電晶體必須以「由上到下」的方式創造。製造者以一張矽薄膜開始，並將其雕刻成想要的形狀，如同以石頭刻鑿出一件雕塑。這種方法在面臨尺寸與彈性等因素時，會使電晶體的能力受限。

TAU 研究者轉向生物學與化學，採用不同方法建立理想的電晶體。當他們添加血液、奶與黏液蛋白的各種組合到任何基材時，分子自我組裝，在奈米尺度上創造出半導體薄膜。例如，在血液蛋白的例子中，這層薄膜約 4 奈米高。目前所用的技術是 18 奈米，Mentovich 表示。

然後，將三種不同的蛋白放在一起，創造出一種具有電、光能力的完整電路，每種都帶來某些獨特的東西。血液蛋白有能力吸收氧，Mentovich 說，那允許半導體「摻雜」特殊化學物質以便創造出特殊的技術特性。奶蛋白，因其在不同環境中的強韌性而聞名，形成纖維後，是電晶體的基石，而黏液蛋白有能力使紅、綠與藍螢光染料保持分離，共同創造出先進光學所需要的白光發射。

整體來說，每種蛋白的天然能力，使科學家對產出的有機電晶具有「獨特的控制力」，除了其他特性之外，還允許對導電性、記憶儲存以及螢光進行調整。

科技新紀元

科技正從矽紀元轉移到碳紀元，Mentovich 提到，而這種新型電晶體能扮演很重要的角色。從這些蛋白質建立的電晶體，將適合更小、具彈性的裝置，那以塑膠而非矽製成。矽以晶圓的形態存在，如果彎曲會像玻璃那樣粉碎。這項突破將導致一系列新的彈性技術，諸如螢幕、手機與平板電腦、生物感應器與微處理器晶片。

就是這麼明顯，因為研究者使用天然的蛋白質來建造他們的電晶體，所以他們所創造的產品將具有生物可分解性。那是一種更環保的技術，應付日益增加的電子廢棄物問題。那從世界各地的掩埋場溢滿出來。

※ 相關報導：

＊ Large-Scale Fabrication of 4-nm-Channel Vertical Protein-Based Ambipolar Transistors
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl802694k

Elad D. Mentovich, Bogdan Belgorodsky, Itsik Kalifa,
Hagai Cohen and Shachar Richter
Nano Lett., 2009, 9 (4), pp 1296–1300
doi: 10.1021/nl802694k

＊ 1-Nanometer-Sized Active-Channel Molecular Quantum-Dot Transistor
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200902431/abstract

Elad D. Mentovich, Bogdan Belgorodsky, Itsik Kalifa,
Shachar Richter
Advanced Materials,
Volume 22, Issue 19, pages 2182–2186, May 18, 2010
doi: 10.1002/adma.200902431

＊ Efficient Separation of Dyes by Mucin: Toward Bioinspired White-Luminescent Devices
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201100529/abstract

Netta Hendler, Bogdan Belgorodsky, Elad D. Mentovich,
Michael Gozin, Shachar Richter
Advanced Materials,
Volume 23, Issue 37, pages 4261–4264, October 4, 2011
doi: 10.1002/adma.201100529

＊ Self-Assembled Transparent Conductive Electrodes from Au Nanoparticles in Surfactant Monolayer Templates
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201101290/abstract

Ahiud Morag, Liron Philosof-Mazor, Roman Volinsky,
Elad Mentovich, Shachar Richter, Raz Jelinek
Advanced Materials,
Volume 23, Issue 37, pages 4327–4331, October 4, 2011
doi: 10.1002/adma.201101290