Все электронные схемы, состоящие из проводящих металлов, должны находиться на изолирующей и охлажденной подложке. Почти в каждой компьютерной микросхеме такая подложка изготовлена из пластиковых полимеров, не подлежащих переработке, которые зачастую просто выбрасываются по окончании срока службы микросхемы. Это способствует увеличению объемов электронных отходов, которые ежегодно достигают отметки в 50 млн. тонн.

Ganoderma lucidum grows a skin on its root-like mycelium that has the right qualities to work with electronics Shutterstock/ukjent

"Как правили материал подложки очень трудно переработать", - считает Мартин Кальтенбруннер из Университета Иоганна Кеплера в Линце, Германия. "Кроме того, она представляет собой самую объемную часть электронных компонентов и имеет довольно низкую себестоимость. Однако, если ваши микросхемы содержат ценные металлы, возможно вы захотите их переработать".

В качестве биоразлагаемой электронной подложки ученые решили использовать кожу гриба Ganoderma lucidum (трутовик лакированный).

Этот трутовик, растущий как правило на старых деревьях, покрыт кожицей, защищающей его мицелий, от чужеродных бактерий и различных паразитов. На других грибках, протестированных исследователями, подобная структура не развивалась. Оказалось, что высушенная кожица трутовика довольно эластична, является хорошим изолятором, выдерживает температуру свыше 200°C и по толщине сравнима с листом бумаги, то есть, идеально подходит для подложки электрических схем.

Если такой субстрат хранить вдали от влаги и ультрафиолетового излучения, его срок службы может исчисляться сотнями лет, утверждает Кальтенбруннер, поэтому он прекрасно подойдет для изготовления электронных устройств. Важно, что подложка, изготовленная из трутовика, разлагается в почве примерно за две недели, что делает ее пригодной для вторичной переработки. 

Ученые нанесли на биоразлагаемую подложку металлические цепи и продемонстрировали, что новая микросхема работает также эффективно, как и на стандартных пластиковых полимерах. Система осталась работоспособной даже после того, как ее согнули более 2000 раз. Новая концепция была успешно использована в качестве элемента питания для маломощных устройств, включая сенсоры Bluetooth.

Исследователи рассчитывают, что грибной субстрат может быть с успехом использован для электроники, которая не рассчитана на длительный срок службы, например, для носимых датчиков или радиометок. Однако сначала авторам придется доказать, что новая технология способна работать в современных промышленных электронных процессах.

"Созданные прототипы впечатляют, а полученные результаты являются революционными", - говорит Эндрю Адамацки из Университета Западной Англии в Бристоле, Великобритания. По его словам, комбинация кожицы мертвого мицелия с пластырями из живого растительного материала, разрабатываемого для использования в качестве сенсорной кожи для адаптивных конструкций и роботов, может помочь в разработке износостойких биомеханизмов.

Формирование и характеристики кожицы мицелия.(A) Структура гриба G. lucidum. Корни мицелия растут внутри выделенной среды, при этом плодовые тела формируются на ее поверхности в течение довольно длительного времени. Штаммы мицелия состоят из дефисных структур микроскопического уровня. Масштаб, полоски 10 мкм. (B) Концепция использования кожицы мицелия в качестве подложки для электронных устройств. (C) Рост кожицы мицелия на сетке PE-сепаратора и подложке. (D) Три различных типа кожицы мицелия получаются в зависимости от времени роста. Стороны A и B относятся к поверхности, контактирующей с окружающим воздухом, и разделительной решетке, соответственно. (E) TGA всех типов мицелия при постоянном изменении температуры 0,166 K/s, что свидетельствует о термической стабильности до температуры более 250°C.

1. (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7118)
2. (https://www.newscientist.com/article/2346702-computer-chip-made-using-mushroom-skin-could-be-easily-recycled/)