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單個蠶絲蛋白分子或"蠶絲纖維蛋白"（藍色）沉積在石墨烯表面，周圍環繞著水（綠色和紅色球體），并生長成原子精度的二維（2D）薄片。蠶絲纖維的可控沉積可能帶來大量可生物降解的電子設備。資料來源：Mike Perkins | 太平洋西北國家實驗室

幾千年來，絲綢一直是價值不菲的商品，但它仍然給人們帶來驚喜。現在，它可能有助于開創微電子學和計算的全新方向。

雖然蠶絲蛋白已被應用于設計電子產品中，但目前其應用還很有限，部分原因是蠶絲纖維是一種亂七八糟的意大利面條狀纖維。

現在，由美國能源部西北太平洋國家實驗室（PNNL）科學家領導的研究小組已經馴服了這種糾結。他們今天（9 月 18 日）在《科學進展》（Science Advances）雜志上報告說，他們已經在石墨烯（一種具有出色導電性能的碳基材料）上形成了一層均勻的二維（2D）蠶絲蛋白片段（或稱"纖維蛋白"）層。

石墨烯上均勻自組裝的蠶絲纖維素的原子力顯微鏡圖像。圖片來源：James De Yoreo | 太平洋西北國家實驗室

"這些成果提供了一種可重復的絲蛋白自組裝方法，這對于設計和制造絲基電子器件至關重要，"該研究的第一作者石晨陽說。"值得注意的是，這一系統是無毒和水基的，這對生物兼容性至關重要。"

這種材料組合--石墨烯上的硅--可以形成一種靈敏、可調的晶體管，是微電子行業非常需要的可穿戴和植入式健康傳感器。PNNL 團隊還看到了它們作為記憶晶體管或"憶阻器"的關鍵元件用于計算神經網絡的潛力。神經網絡中使用的憶阻器可以讓計算機模仿人腦的運作方式。

幾個世紀以來，蠶絲生產在中國一直是一個嚴守的秘密，而它的名聲則通過著名的絲綢之路貿易路線傳播到印度、中東，并最終傳播到歐洲。到了中世紀，絲綢已成為一種身份的象征和歐洲市場上夢寐以求的商品。時至今日，絲綢仍與奢華和地位聯系在一起。

絲綢織物的彈性、耐用性和強度等基本特性使其享譽全球，并被廣泛應用于先進材料領域。

PNNL 巴特爾研究員、華盛頓大學材料科學與工程教授兼化學教授 James De Yoreo 說："利用蠶絲調制電子信號的研究很多，但由于蠶絲蛋白質天然無序，因此只能進行有限的控制。因此，憑借我們在控制材料表面生長方面的經驗，我們在想，'如果我們能制造出更好的界面呢？'"

為此，研究小組精心控制了反應條件，以精確的方式將單根絲纖維加入到水基體系中。通過精確的實驗室條件，研究小組獲得了高度有序的二維蛋白質層，這些蛋白質以精確的平行β片狀排列，這是自然界中最常見的蛋白質形狀之一。進一步的成像研究和補充理論計算表明，薄絲層采用了一種穩定的結構，具有天然絲的特征。這種規模的電子結構--厚度不到 DNA 鏈的一半--為生物電子工業中隨處可見的微型化提供了支持。

De Yoreo 說："這種材料本身具有我們所說的場效應。這意味著它是一個晶體管開關，可以根據信號打開或關閉。如果你在其中添加抗體，那么當目標蛋白質結合時，就會導致晶體管切換狀態。"

事實上，研究人員正計劃利用這種起始材料和技術來制造他們自己的人造絲，并在其中添加功能性蛋白質，以提高其實用性和特異性。

這項研究邁出了在功能電子元件上可控分層蠶絲的第一步。未來研究的關鍵領域包括提高蠶絲集成電路的穩定性和導電性，以及探索蠶絲在可生物降解電子產品中的潛力，從而在電子制造中更多地使用綠色化學。