Circuitos eletrônicos flexíveis feitos com seda e grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/10/2024

A deposição controlada de fibras de seda viabiliza a produção de vários dispositivos eletrônicos biodegradáveis. A ilustração mostra as fibroínas (azul) sendo depositadas sobre grafeno em ambiente aquoso (esferas verdes e vermelhas), gerando uma folha 2D precisa.
[Imagem: Mike Perkins/PNNL]

Seda com grafeno

Embora a microeletrônica de seda de aranha já esteja próxima à escala industrial, seu uso ainda não se disseminou em parte porque as fibras de seda são um emaranhado de fios semelhantes a espaguete - só que um espaguete pegajoso.

Agora, pesquisadores conseguiram domar esse emaranhado, obtendo uma camada uniforme bidimensional (2D) de fragmentos de proteína da seda, ou fibroínas, depositadas sobre grafeno, um material à base de carbono útil por sua excelente condutividade elétrica e sua grande resistência.

Essa combinação de materiais - seda sobre grafeno - pode formar um transístor sensível e ajustável, altamente desejado pela indústria de microeletrônica para fabricar sensores de saúde vestíveis e outros dispositivos médicos implantáveis.

A equipe também vê potencial para seu uso como um material para fabricar transistores com memória, ou memoristores, o componente fundamental por trás da computação neuromórfica - os memoristores imitam como o cérebro humano funciona, sendo por isso talhados para a construção de redes neurais em hardware.

"Esses resultados fornecem um método reproduzível para automontagem de proteína de seda que é essencial para projetar e fabricar eletrônicos baseados em seda," disse Chenyang Shi, do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), nos EUA. "É importante notar que esse sistema é atóxico e à base de água, o que é crucial para a biocompatibilidade."

O emaranhado grudento de fios de seda se transforma em uma estrutura precisa e controlada.
[Imagem: Chenyang Shi et al. - 10.1126/sciadv.ado4142]

Microeletrônica de seda

As mesmas propriedades que tornam o tecido de seda mundialmente conhecido - elasticidade, durabilidade e resistência - levaram ao uso desse biomaterial em inúmeras aplicações de materiais avançados.

"Tem havido muita pesquisa usando seda como uma forma de modular sinais eletrônicos, mas como as proteínas da seda são naturalmente desordenadas, há apenas um certo controle possível," disse James De Yoreo, da Universidade de Washington. "Então, com nossa experiência em controlar o crescimento de materiais em superfícies, pensamos 'E se pudéssemos fazer uma interface melhor?'".

Para fazer isso, a equipe controlou cuidadosamente as condições da reação, adicionando fibras de seda individuais ao sistema à base de água de maneira precisa, precisa o suficiente para produzir uma camada 2D altamente organizada de proteínas empacotadas em folhas do tipo beta - folha-beta é uma das formas de proteína mais comuns na natureza, um padrão estrutural nos quais regiões vizinhas compartilham ligações de hidrogênio, resultando em uma estrutura achatada e rígida.

"Esse tipo de material se presta ao que chamamos de efeitos de campo," explicou De Yoreo. "Isso significa que ele é um interruptor de transístor que liga ou desliga em resposta a um sinal. Se você adicionar, digamos, um anticorpo a ele, então, quando uma proteína alvo se liga, você faz com que o transístor troque de estado", sinalizando a presença daquele anticorpo.

Além disso, uma estrutura eletrônica nessa escala - menos da metade da espessura de uma fita de DNA - suporta a miniaturização encontrada em todos os lugares na indústria bioeletrônica.

Esta demonstração representa o primeiro passo na sobreposição controlada de seda sobre componentes eletrônicos funcionais. Agora será necessário melhorar a estabilidade e a condutividade dos circuitos integrados de seda e explorar o potencial da seda em eletrônicos biodegradáveis, eventualmente aumentando o uso da química verde na fabricação eletrônica.

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