Ce nanofil a été photographié au microscope électronique à transmission. La flèche pointe vers le nanofil, qui était enfermé dans un microtubule. Seul le fil métallique est visible car les électrons du microscope ont bombardé le fil lorsque l'image a été prise et ont détruit la protéine. Notez l'échelle de 33 nanomètres.
(PhysOrg.com) -- Les ingénieurs de l'Université de l'Arizona ont breveté un processus qui pourrait conduire au prochain grand saut en microélectronique, changer complètement la façon dont les puces électroniques sont fabriquées. Pierre Deymier, professeur de science et génie des matériaux, est l'un des membres du corps professoral de l'UA qui a inventé le processus.
La prochaine étape consiste à appliquer la recherche sur les nanofils aux dispositifs et aux processus de fabrication.
Les ingénieurs de l'Université de l'Arizona ont breveté un processus qui pourrait conduire au prochain grand saut en microélectronique, changer complètement la façon dont les puces électroniques sont fabriquées.
La percée en bio-ingénierie brevetée par des chercheurs de l'UA College of Engineering est utilisée pour construire des circuits de câblage microscopiques en cuivre isolés par des protéines.
Grâce à une combinaison de processus biologiques et de dépôt de cuivre autocatalytique, l'équipe de recherche a créé de minuscules fils à base de protéines appelées microtubules, alias MT.
Ces tubes ont un diamètre intérieur de 15 nanomètres et un diamètre extérieur de 25 nanomètres et peuvent atteindre des longueurs de plusieurs micromètres. Les globules rouges ont un diamètre d'environ 8 micromètres, une distance sur laquelle 320 MT pourraient être alignés côte à côte.
L'élément clé de ce brevet (US 7, 862, 652 B2) est la capacité de déposer du cuivre à l'intérieur des MT non conducteurs pour fabriquer de minuscules fils isolés, dit Pierre Deymier, un professeur de science et d'ingénierie des matériaux et l'un des membres du corps professoral de l'UA qui a inventé le processus.
Deymier est également directeur de la School of Sustainable Engineered Systems. Les co-inventeurs incluent Ian Jongewaard, James Hoying, Roberto Guzman et Srini Raghavan.
Dans la nature, Les MT séparent l'ADN et les chromosomes dans une cellule en division. Au cours de la mitose (division cellulaire), les MT grandissent et rétrécissent, apparaître et disparaître, comme ils sont nécessaires. Ils commencent à se former à partir d'une protéine de graine appelée gamma tubuline, Deymier a expliqué.
Les chercheurs impriment des tubulines gamma sur les points du circuit où ils veulent que les fils commencent, et imprimer des peptides spécifiques sur les destinations des fils. Les peptides sont des brins d'acides aminés, les éléments constitutifs des protéines.
De multiples tubules se développent, mais seulement certains s'attachent. Lorsque toutes les connexions sont terminées, la solution dans laquelle évoluent les MT est modifiée, et ceux qui ne sont pas attachés disparaissent.
Prochain, les MT restants sont baignés dans une solution de sel de cuivre. "La clé est de métalliser l'intérieur des microtubules avant l'extérieur, " a déclaré Deymier.
Un acide aminé appelé histidine, qui a une forte affinité pour le cuivre, se forme naturellement à l'intérieur des tubules, et le processus de métallisation commence là. En chronométrant correctement le cycle du sel de cuivre, le cuivre ne se forme qu'à l'intérieur des MT, résultant en de minuscules fils isolés.
L'une des percées clés a été de trouver un processus de dépôt biologiquement bénin qui ne nuirait pas à la fonction ou à la structure de la MT. Ce processus a été développé par le professeur Srini Rahavan et ses étudiants du département de science et génie des matériaux.
Les technologies traditionnelles de fabrication de semi-conducteurs atteignent des limites dans leur volonté de proposer des puces de plus en plus petites. L'assemblage biologique - une croissance de bas en haut qui imite la façon dont les organismes vivants sont créés - offre les processus et le contrôle nécessaires pour former des structures à partir d'atomes et de molécules, dit Deymier.
Ces technologies ascendantes promettent d'être beaucoup moins chères, il ajouta. Les nanofils à base de MT sont naturellement isolés, donner aux concepteurs plus de liberté pour faire passer les fils les uns sur les autres, quelque chose qui ne peut pas être fait avec les traces de circuit non isolées trouvées dans les techniques d'impression de puces actuelles, comme la photolithographie.
En plus de leur utilisation dans la connexion d'éléments de circuit de la taille d'une molécule, Les nanofils à base de MT pourraient être utilisés pour extraire le courant des cellules solaires qui imitent la photosynthèse, dit Deymier. Ces photocellules végétales comprennent des protéines végétales sensibles à la lumière qui capturent les photons et produisent des électrons. Des nanofils pourraient être utilisés pour canaliser ces électrons vers le monde extérieur.
La prochaine étape consiste à appliquer cette recherche sur les nanofils aux dispositifs et aux processus de fabrication. Deymier a déclaré:"Nous serions heureux de voir des gens licencier cette technologie pour développer des processus de fabrication de micropuces ou tout autre processus connexe."
