材料科学家们正在想方设法利用纸、蜂蜡、DNA以及其他生物材料制作电路。
据联合国估算，人类每年丢弃的电子设备累计约5000万吨。部分科学家表示，缓解该问题的一种方法便是使用生物材料（包括植物染料和DNA）制造可生物降解且具有生物相容性的设备。
在美国材料学会于2014年12月份在波士顿召开的有机生物电子学研讨会上，米哈伊?伊里米亚-瓦杜迪（Mihai Irimia-Vladu）发言说：“我们应该为人类制造的数量如此庞大的电子垃圾感到羞耻。”伊里米亚-瓦杜迪是奥地利魏茨约阿内研究院的一位材料科学家，他曾使用纤维素制作倒相电路中的介电层，使用虫胶作为有机场效应晶体管(OFET)的电介质。他表示，许多其他的生物材料也可以改造成适宜的电介质，包括芦荟、蚕丝和蛋白。伊里米亚-瓦杜迪说，蜂蜡和棕榈蜡（从一种棕榈树中获取的蜡）可以用来制造疏水性电介质，这种电介质可以在部分应用中发挥作用。
伊里米亚-瓦杜迪还表示，使用生物材料制造电子设备比较环保，部分原因在于这些材料能够进行生物降解，可以减少垃圾堆积。此外，这些材料与那些具有相同作用的非有机材料不同，它们是无毒的，而且生产过程消耗的能源也相对较少。伊里米亚-瓦杜迪设想制作置于硬明胶胶囊中或焦糖上的OFET，应用于生物医学领域。另外一位研究人员——澳大利亚卧龙岗大学软材料小组牵头人马克?因?海特?潘休斯（Marc in het Panhuis）教授正在研究具有传导性、可进行3D打印的明胶，这种明胶可以用来制造可吞咽的传感器电路。
其实，生物可降解物质并非只能用于制作导体和绝缘体。伊里米亚-瓦杜迪表示：“有些天然材料便具有半导体属性。”他的研究表明，靛青植物染料和从蜗牛中提取的泰尔紫染料具有电荷载体输送性，未来极有希望使用这两种染料制作高性能电路。
在寻找电子材料的过程中，其他研究人员正在转向一个更为基础的生物层面。辛辛那提大学纳米电子学实验室的负责人安德鲁?斯特科尔（Andrew Steckl）一直在研究一种有机LED，这种LED使用DNA作为电子阻挡层，从而可以降低设备电力消耗。斯特科尔实验室的一位博士生伊利亚特?戈麦斯（Eliot Gomez）在此次有机生物电子学研讨会上表示，目前斯特科尔团队的研究工作已经更进了一步。他们已经将使用构成DNA的核酸（包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）以及RNA中所含的尿嘧啶制成的薄膜集成到OLED中。使用单独的核酸而非整个DNA分子的有利之处在于不同的核酸具有不同的电子属性。例如，鸟嘌呤和腺嘌呤在输送孔和阻隔电子方面的表现更为优异，而另外3种核酸则与之相反。
戈麦斯表示，使用这些核酸作为电子阻隔层的OLED的能效高达76坎德拉/安培，其发光率为13万坎德拉/平方米，与之相比，标准设备的能效和发光率则分别为31坎德拉/安培和10万坎德拉/平方米。
戈麦斯希望能够制作一款纯天然的OLED，但这却是项非常艰巨的任务。他表示：“OLED由多个具有极高要求的结构层组成，我们还需要发掘更多可供使用的天然材料。”
位于芬兰图尔库的埃博学术大学的研究人员正在开发环境友好型原件，以供在纸张上打印逻辑电路。埃博学术大学的一名博士生费德里克?贝德森（Fredrik Pettersson）在此次有机生物电子学研讨会上表示，他们已经成功地将一种新型晶体管中的离子液体替换为由氯化胆碱（一种营养剂）和尿素、甘醇或维生素C等有机化合物组成的混合物。
这种晶体管仍使用了一种在环保方面稍微逊色的有机半导体。但是，研究小组已经找到了有效的方法，将晶体管需要的半导体数量降至最低水平。其具体做法是将晶体管和一种绝缘体混合在一起，令半导体和绝缘体在镀层过程中分离，最终他们将绝缘体留在纸上，半导体薄层再覆在绝缘体上层。由于绝缘体可防止纸中所含污染物渗入半导体导致半导体性能退化，因此研究小组便可以使用较少的半导体材料，同时他们还收获了另外一个好处——晶体管的开关速度更快，而需要的电流却更少了。贝德森介绍说，研究小组利用这种晶体管制造出了一款或非门和一个1位存储单元。此外，芬兰的研究人员还制造出了纸基超级电容器。
贝德森尚未研究这种新型的、更加环保的晶体管能否进行生物降解。但是这一点似乎并不是必需的。约阿内研究院的伊里米亚-瓦杜迪指出，“环境友好型电子设备”拥有多种定义，他说：“他们的绿色程度是各不相同的。”
作者：Neil Savage