L’industrie électronique connaît une transformation majeure grâce à l’utilisation innovante de matériaux biologiques. La soie, appréciée depuis des millénaires pour ses qualités exceptionnelles, fait l’objet de recherches pionnières qui pourraient profondément modifier la conception des composants microélectroniques.
Soie, matériel ancestralLe sélénium trouve aujourd’hui sa place dans le domaine de l’électronique avancée. Jusqu’à présent, son utilisation était limitée en raison de la structure chaotique des fibres soyeuses. Une équipe de scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) du ministère américain de l’Énergie a surmonté cet obstacle majeur.
Leurs résultats démontrent la faisabilité de la création d’un couche bidimensionnelle uniforme de fragments de protéines de soie (fibroïnes) sur graphène, un matériau carboné connu pour son excellente conductivité électrique. L’association soie-graphène pourrait être exploitée pour la fabrication de transistors sensibles et ajustables, particulièrement convoités par l’industrie de la microélectronique pour les capteurs de santé portables et implantables.
Une approche reproductible et biocompatible
Chenyang Shi, auteur principal de l’étude, a souligné l’importance de leur travail : «Notre méthode fournit une approche reproductible pour l’auto-assemblage de protéines de soie, élément essentiel pour la conception et la fabrication d’électronique à base de soie.Il a ajouté : «La nature non toxique et aqueuse de notre système est essentielle pour assurer la biocompatibilité.»
L’équipe du PNNL envisage également d’utiliser cette technologie comme composant clé des transistors de mémoire ou «memristors» dans les réseaux neuronaux informatiques. Les memristors permettent aux ordinateurs de reproduire le fonctionnement du cerveau humain, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités dans le domaine de l’intelligence artificielle.
Contrôle précis pour applications avancées
James De Yoreo, chercheur Battelle au PNNL et professeur à l’Université de Washington, a expliqué les défis : «De nombreuses recherches ont exploité la soie pour moduler les signaux électroniques, mais le désordre naturel des protéines de soie a limité le contrôle possible.« Il a poursuivi : « Sur la base de notre expérience dans le contrôle de la croissance des matériaux sur les surfaces, nous avons cherché à créer une interface plus efficace. »
L’équipe a réussi à contrôler soigneusement les conditions de réaction, en incorporant des fibres de soie individuelles dans le système aqueux de manière précise. En utilisant des conditions de laboratoire rigoureuses, les chercheurs ont obtenu une couche 2D hautement organisée de protéines disposées en feuillets β parallèles précisl’une des structures protéiques les plus répandues dans la nature.
Cette étude marque le début d’un contrôle précis de la disposition des couches de soie sur les composants électroniques fonctionnels. Les chercheurs prévoient d’utiliser ce matériau de base et cette technique pour développer leur propre soie artificielle, enrichie de protéines fonctionnelles pour augmenter son utilité et sa spécificité.
Les orientations de recherche futures comprennent Améliorer la stabilité et la conductivité des circuits intégrés à base de soieet l’exploration du potentiel de la soie dans l’électronique biodégradable. Ces avancées pourraient promouvoir l’utilisation de la chimie verte dans la fabrication de produits électroniques, contribuant ainsi à une industrie plus durable et plus respectueuse de l’environnement.
Légende de l’illustration : Des molécules individuelles de protéines de soie, ou « fibroïnes de soie » (bleu), sont déposées sur une surface de graphène entourée d’eau (sphères vertes et rouges) et se développent en une feuille bidimensionnelle (2D) de précision atomique. Le dépôt contrôlé de fibres de soie pourrait conduire à une variété d’appareils électroniques biodégradables. Crédit : (Illustration graphique de Mike Perkins | Pacific Northwest National Laboratory)
Article : « Soie bidimensionnelle » – DOI : 10.1126/sciadv.ado4142
