Ученые разрабатывают материалы для электроники будущего
В настоящее время необходимо начать поиск новых материалов, новых принципов функционирования электронных устройств. Для решения этой проблемы исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого (СПбПУ) разрабатывают тонкие пленки – элементы для биомолекулярной электроники. Ученые считают, что биологические макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты, белки и аминокислоты, могут стать перспективным материалом для современной электроники. Этим материалам присущи несколько уникальных свойств, например, способность к самоорганизации, поэтому молекулы могут быть собраны в определенные структуры, например, в биомолекулярные пленки.
Биомолекулярные пленки для электроники
«Наша научная группа исследует различные свойства тонких пленок на основе белка альбумина. В ходе экспериментов мы разбавляем белок в различных концентрациях и используем метод изотермической дегидратации (испарение воды при определенной температуре и давлении) для формирования биомолекулярных пленок. В зависимости от состава исходных образцов и параметров сушки мы получаем различные структуры внутри пленок», – отмечает Максим Баранов, ассистент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ.
Подписывайтесь на наш youtube канал!
С помощью оптического микроскопа ученые зафиксировали структуры внутри высушенных белков альбумина, а также разработали программное обеспечение на Python, которое позволяет выделять и анализировать изображения биомолекулярных пленок с помощью специального математического аппарата. Молекулярное моделирование для решения этой задачи осуществляется на базе Суперкомпьютерного центра «Политехника». Результаты исследований опубликованы в первом квартильном журнале Symmetry компании MDPI.
ЭФИРНЫЕ СЕТЫ
Подборка эфиров c ЛУЧШИМИ психологами, врачами, остеопатами
на платформе COURSE.ECONET.RU
ПОЛУЧИТЬ ДОСТУП
Ученые разрабатывают материалы для электроники будущего
Максим Баранов добавляет: «Полупроводниковые интегральные схемы, которые в настоящее время используются в электронных устройствах, имеют стационарную конфигурацию. В свою очередь, функционирование белков основано на динамике, т.е. биологическая система может трансформироваться в процессе взаимодействия с другими объектами. Поэтому молекулы могут идеально повторять требуемую структуру, например, как в интегральных схемах. Однако мы ожидаем меньшее количество дефектов в биомолекулярных тонких пленках. Нельзя сказать, что биомолекулярная платформа полностью заменит классические полупроводниковые устройства. Скорее, речь идет о ее симбиозе. Наша научная группа считает, что тонкие пленки будут внедряться не на массовом рынке электроники, а в единичных приложениях».
По мнению ученых, для дальнейших исследований могут быть использованы различные виды белков, в том числе растительные. Возможно, в будущем это упростит создание биомолекулярных тонких пленок. В настоящее время необходимо создать определенный набор математических параметров для более точного описания тонких пленок и их свойств. Перед созданием прототипа элемента будет проведено большое количество экспериментов, которые могут быть реализованы в будущем устройстве.
В настоящее время необходимо начать поиск новых материалов, новых принципов функционирования электронных устройств. Для решения этой проблемы исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого (СПбПУ) разрабатывают тонкие пленки – элементы для биомолекулярной электроники. Ученые считают, что биологические макромолекулы, такие как нуклеиновые кислоты, белки и аминокислоты, могут стать перспективным материалом для современной электроники. Этим материалам присущи несколько уникальных свойств, например, способность к самоорганизации, поэтому молекулы могут быть собраны в определенные структуры, например, в биомолекулярные пленки.
«Наша научная группа исследует различные свойства тонких пленок на основе белка альбумина. В ходе экспериментов мы разбавляем белок в различных концентрациях и используем метод изотермической дегидратации (испарение воды при определенной температуре и давлении) для формирования биомолекулярных пленок. В зависимости от состава исходных образцов и параметров сушки мы получаем различные структуры внутри пленок», – отмечает Максим Баранов, ассистент Высшей школы прикладной физики и космических технологий СПбПУ.
С помощью оптического микроскопа ученые зафиксировали структуры внутри высушенных белков альбумина, а также разработали программное обеспечение на Python, которое позволяет выделять и анализировать изображения биомолекулярных пленок с помощью специального математического аппарата. Молекулярное моделирование для решения этой задачи осуществляется на базе Суперкомпьютерного центра «Политехника». Результаты исследований опубликованы в первом квартильном журнале Symmetry компании MDPI.
Максим Баранов добавляет: «Полупроводниковые интегральные схемы, которые в настоящее время используются в электронных устройствах, имеют стационарную конфигурацию. В свою очередь, функционирование белков основано на динамике, т.е. биологическая система может трансформироваться в процессе взаимодействия с другими объектами. Поэтому молекулы могут идеально повторять требуемую структуру, например, как в интегральных схемах. Однако мы ожидаем меньшее количество дефектов в биомолекулярных тонких пленках. Нельзя сказать, что биомолекулярная платформа полностью заменит классические полупроводниковые устройства. Скорее, речь идет о ее симбиозе. Наша научная группа считает, что тонкие пленки будут внедряться не на массовом рынке электроники, а в единичных приложениях».
По мнению ученых, для дальнейших исследований могут быть использованы различные виды белков, в том числе растительные. Возможно, в будущем это упростит создание биомолекулярных тонких пленок. В настоящее время необходимо создать определенный набор математических параметров для более точного описания тонких пленок и их свойств. Перед созданием прототипа элемента будет проведено большое количество экспериментов, которые могут быть реализованы в будущем устройстве.
https://econet.ru/articles/uchenye-razrabatyvayut-materialy-dlya-elektroniki-buduschego
13.03.2021