Институт общей физики РАН обобщил данные о биоматериалах для фотонных чипов: потери 0,24 дБ/см

Исследователи под руководством Петра И. Никитина из Института общей физики имени Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) в Москве собрали данные о фотонике на основе биологических материалов, сообщает scinexx. scinexx.descinexxscinexx.deОткрыть источник ↗ Обзорная работа оценивает прежние лабораторные результаты и технические возможности. Нового эксперимента с полностью интегрированным световым чипом в ней нет.

Фотонные схемы передают информацию светом, но по-прежнему в основном строятся на жёстких неорганических полупроводниках, которые плохо сочетаются с мягкими и живыми тканями. Авторы рассматривают не замену обычных чипов, а их дополнение биологическими компонентами.

Рассмотренные компоненты

Оптические волноводы из белков шёлка или особых комплексов ДНК могут направлять свет по тонким структурам. Для волноводов из биополимеров в обзоре указаны низкие потери — 0,24 дБ на сантиметр; это лучшее значение из ранее опубликованных отдельных опытов. Оно не показывает характеристик полноценного биофотонного процессора.

Для биогибридных светодиодов в обзоре приведена светоотдача до 130 люмен на ватт и время работы более 3600 часов. scinexx.descinexxscinexx.deОткрыть источник ↗ Другой подход сочетает светочувствительные белки с углеродными нанотрубками или графеном; оптический отклик таких гибридов зависит от поглощения биомолекул. Также описаны биогибридные солнечные элементы с КПД около 20 процентов и оптоэлектронные мемристоры, сохраняющие сведения о прежних электрических или оптических состояниях.

Медицина и ограничения

Биологические материалы могут быть совместимы с живой тканью, а их оптические свойства поддаются настройке. Возможные применения — носимые диагностические системы, имплантируемые датчики и обследования непосредственно у пациента. Лабораторные демонстрации пока не означают, что такие системы прошли клинические испытания или надёжны в долгосрочной работе.

Многие биомолекулы чувствительны к нагреву и агрессивным операциям, обычным при изготовлении чипов. Устойчивость, перенос заряда и соединение разных поверхностей материалов также могут ограничивать характеристики. Поэтому биоматериалы рассматриваются как специализированное дополнение к устоявшимся полупроводникам, а не основа целых чипов. Для этого названы воспроизводимые методы изготовления, общие стандарты испытаний и надёжные интерфейсы между биологическими слоями и техническими элементами.

Вопрос, удастся ли создать прочные и экономически оправданные световые чипы для медицины, остаётся открытым. Экологическое преимущество биополимеров из возобновляемого сырья тоже пока не доказано для производства чипов в целом. scinexx.descinexxscinexx.deОткрыть источник ↗