石墨烯上的二维丝蛋白层为先进的微电子和计算铺平了道路

几千年来，丝绸作为一种高价值的商品，一直令人惊讶。现在，它可能有助于为微电子和计算开辟一个全新的方向

虽然丝蛋白已被应用于设计师电子产品中，但其使用目前受到限制，部分原因是丝纤维是意大利面条状的杂乱缠结

现在，由能源部太平洋西北国家实验室的科学家领导的一个研究小组已经解决了这个问题。他们在《科学进展》杂志上报道，他们在石墨烯上实现了丝蛋白片段或“丝蛋白”的均匀二维（2D）层，石墨烯是一种碳基材料，因其优异的导电性而有用

该研究的主要作者Chenyang Shi说：“这些结果为丝蛋白自组装提供了一种可重复的方法，这对设计和制造基于丝的电子产品至关重要。”。“重要的是要注意，该系统是无毒和水基的，这对生物相容性至关重要。”

这种材料组合——石墨烯上的丝绸——可以形成微电子行业非常需要的用于可穿戴和可植入健康传感器的灵敏、可调晶体管。PNNL团队还看到了它们在计算神经网络中作为存储晶体管或“忆阻器”关键组件的潜力。神经网络中使用的忆阻器允许计算机模拟人脑的功能

几个世纪以来，蚕丝生产在中国一直是一个严格保密的秘密，而它的名声则通过著名的丝绸之路贸易路线传播到印度、中东，最终传播到欧洲。到了中世纪，丝绸已经成为欧洲市场上地位的象征和令人垂涎的商品。即使在今天，丝绸也与奢华和地位联系在一起

使丝绸织物享誉世界的相同基本特性——弹性、耐用性和强度——使其在先进材料应用中得到了应用

“有很多研究使用丝绸作为调节电子信号的一种方式，但由于丝绸蛋白是天然无序的，所以只有这么多的控制是可能的，”PNNL的巴特尔研究员James De Yoreo说，他同时担任华盛顿大学材料科学与工程教授和化学教授

“因此，根据我们在控制表面材料生长方面的经验，我们想‘如果我们能制造出更好的界面呢？’”

为此，研究小组仔细控制了反应条件，以精确的方式将单个丝纤维添加到水基系统中。通过精确的实验室条件，该团队实现了高度有序的二维蛋白质层，这些蛋白质被包装在精确的平行β片中，这是自然界中最常见的蛋白质形状之一

进一步的成像研究和补充的理论计算表明，薄丝绸层采用了一种稳定的结构，具有天然丝绸中的特征。这种规模的电子结构——不到DNA链厚度的一半——支持生物电子行业中无处不在的小型化

“这种材料适合我们所说的场效应，”De Yoreo说。“这意味着它是一个晶体管开关，可以根据信号打开或关闭。如果你向它添加抗体，那么当靶蛋白结合时，你会使晶体管切换状态。”

事实上，研究人员正计划使用这种起始材料和技术来制备自己的人造丝，并向其中添加功能蛋白，以提高其有用性和特异性

这项研究代表了在功能性电子元件上控制丝绸分层的第一步。未来研究的关键领域包括提高丝集成电路的稳定性和导电性，探索丝在可生物降解电子产品中的潜力，以增加绿色化学在电子制造中的应用