Dęblina Sarkar

Dęblina Sarkar
Sarkar w 2018 roku
Urodzić się	Kalkuta, Zachodni Bengal, Indie
Alma Mater	Massachusetts Institute of Technology University of California, Santa Barbara Indian Institute of Technology (Indian School of Mines) Dhanbad
Znany z	Ultracienki tranzystor kwantowo-mechaniczny (ATLAS-TFET), biosensory w nanoskali, mikroskopia ekspansyjna
Nagrody	2018 MIT Technology Review's Top 10 Innovator Under 35 z Indii, 2016 CGS / ProQuest Distinguished Dissertation Award in Mathematics, Physical Sciences and Engineering, 2016 UCSB Winifred and Louis Lancaster Dissertation Award for Math, Physical Science and Engineering, 2008 US Presidential Fellowship
Kariera naukowa
Pola	Nanoelektronika, Neurobiologia
Instytucje	Laboratorium medialne Massachusetts Institute of Technology

Deblina Sarkar to indyjski naukowiec i wynalazca . Jest adiunktem w Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz profesorem AT&T Career Development Chair w MIT Media Lab . Sarkar zyskała międzynarodowe uznanie za wynalezienie ultracienkiego tranzystora kwantowo-mechanicznego, który można skalować do nanorozmiarów i stosować w nanoelektronicznych bioczujnikach. Jako główny badacz Nano Cybernetic Biotrek Lab w MIT, Sarkar przewodzi multidyscyplinarnemu zespołowi naukowców w celu wypełnienia luki między nanotechnologią a biologią syntetyczną w celu zbudowania nowych nanourządzeń i technologii łączących życie z maszyną, za pomocą których można badać i ulepszać funkcje biologiczne.

Wczesne życie i kariera naukowa

Sarkar urodził się w Kalkucie w Zachodnim Bengalu w Indiach i ukończył studia licencjackie w zakresie inżynierii elektrycznej w Indyjskim Instytucie Technologii (Indian School of Mines) Dhanbad w Indiach. Podczas studiów licencjackich skoncentrowała swoje badania na projektowaniu urządzeń w nanoskali i spintronice, otrzymując międzynarodowe uznanie za swoją pracę. W opublikowanym przez nią artykule zbadano skuteczność tranzystorów MOSFET z podwójną bramką . Przed ukończeniem studiów spędziła lato jako stażystka w laboratorium Laurensa Molenkampa na Uniwersytecie w Würzburgu w Niemczech, prowadząc badania w dziedzinie spintroniki . Ukończyła z tytułem BE w 2008 roku i przeniosła się do Stanów Zjednoczonych, aby uzyskać tytuł magistra i doktora. na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara (UCSB).

W UCSB Sarkar szkoliła się w dziedzinie nanoelektroniki pod opieką Kaustava Banerjee , gdzie była pionierem technik poprawy efektywności energetycznej w nanourządzeniach i opracowała nowatorskie bioczujniki tranzystorowe wykorzystujące dwusiarczek molibdenu (MoS2). Po ukończeniu doktoratu Pracując w 2015 roku, Sarkar rozpoczęła staż podoktorski na MIT w grupie Neurobiologii Syntetycznej. Pod opieką Edwarda Boydena Sarkar opracował nowe technologie mapowania struktury i funkcji mózgu.

W 2020 roku Sarkar dołączył do wydziału MIT jako adiunkt i został profesorem katedry rozwoju kariery AT&T w MIT Media Labs. Sarkar jest głównym badaczem grupy badaczy, którą nazwała Nano-Cybernetycznym Laboratorium Biotrek. Sarkar wymieniła nazwę swojej grupy, aby wyjaśnić, dlaczego nazwa ta odnosi się do naukowych pytań i przygód, w które się angażują. „Nano” odnosi się do faktu, że zespół buduje urządzenia w nanoskali, cybernetyka odnosi się do używania technologii do kontrolowania komputerów, biologicznych lub systemy hybrydowe, bio reprezentują integrację biologii, a „trek” oznacza naukową przygodę, w którą się zaangażowali.

Badania i wynalazki

Atomowo cienkokanałowy tranzystor subtermiczny

Sarkar wynalazł najcieńszy na świecie kanałowy (o grubości sześciu atomów) tranzystor kwantowo-mechaniczny, zwany atomowo cienkim i warstwowym półprzewodnikowym kanałem tunelowym FET (ATLAS-TFET). To urządzenie pokonuje podstawowe ograniczenia termiczne mocy konwencjonalnych tranzystorów i osiąga subtermionowe wahania podprogowe dzięki transportowi nośnemu opartemu na tunelowaniu kwantowo-mechanicznym. Efektywne tunelowanie jest osiągane dzięki unikalnej konstrukcji heterostruktury składającej się z domieszkowanego źródła germanu, atomowo cienkiego kanału MoS ₂ i dużej powierzchni tunelowania. Tranzystor ten może pomóc w rozwiązaniu problemów związanych ze skalowalnością wymiarów i mocy w technologii informacyjnej. Wysiłki Sarkara w celu zbudowania tego kwantowo-mechanicznego tranzystora zostały opublikowane w Nature (czasopismo) . Ta praca została wyróżniona przez Nature News and Views jako „Płaski tranzystor przekracza granice”.

Ultraczułe bioczujniki elektryczne

Sarkar opracował nowatorski bioczujnik oparty na tranzystorze polowym, wykorzystujący MoS ₂ , który zapewnia wysoką czułość, 74-krotnie wyższą niż grafen , ale także łatwość projektowania i wytwarzania urządzeń, ponieważ ma dwuwymiarową atomową strukturę warstwową. Jej rozwój jest kompatybilny z tkankami biologicznymi i zapewnia nową ścieżkę wykrywania pojedynczych cząsteczek, podkreślając moc materiałów MoS ₂ w bioczujnikach nowej generacji. Ponadto Sarkar wykazał, że stroma charakterystyka włączania, uzyskana dzięki nowatorskiej technologii, takiej jak tunelowanie między pasmami, może skutkować niespotykaną poprawą wydajności w porównaniu z konwencjonalnymi bioczujnikami elektrycznymi, z około 4 rzędami wielkości wyższą czułością i 10-krotnie krótszy czas detekcji. Może to otworzyć nowe możliwości dla urządzeń medycznych do noszenia/wszczepiania, a także zastosowań w punktach opieki.

Model grafenu o wysokiej częstotliwości

Sarkar i zespół opracowali szczegółową metodologię dokładnej oceny impedancji prądu stałego do wysokiej częstotliwości dwuwymiarowych struktur warstwowych. Model ten zapewnia wgląd w fizykę interkonektów i cewek 2D na chipie oraz ujawnia po raz pierwszy anomalny efekt naskórkowy w grafenie . Wykraczając poza upraszczające założenia prawa Ohma, model ten uwzględnia skutki zmian pola elektrycznego w średniej swobodnej ścieżce i zależność prądu od nielokalnego pola elektrycznego, aby dokładnie uchwycić zachowanie grafenu przy wysokich częstotliwościach. Po raz pierwszy wykazano, że rezystancja wysokich częstotliwości wielowarstwowych interkonektów grafenowych domieszkowanych interkalacją jest niższa niż rezystancja miedzi i nanorurek węglowych (CNT). Co więcej, nawet o 32% i 50% poprawę współczynnika jakości w porównaniu z odpowiednio miedzią i CNT można osiągnąć dzięki induktorom na bazie grafenu. Ten model ma kluczowe znaczenie dla budowy urządzeń wysokiej częstotliwości/RF w nowych technologiach, w tym układów scalonych „wszystkich 2D”, co może prowadzić do elastycznych/dopasowujących się komputerów i urządzeń protetycznych.

Mapowanie mózgu w nanoskali

Sarkar i zespół opracowali nowatorskie narzędzie zwane iterowaną mikroskopią z bezpośrednim rozprężaniem (idExM), które umożliwia naukowcom optyczny dostęp do struktur w nanoskali poprzez rozszerzanie się tkanek. Struktury komórkowe, takie jak synapsy między neuronami, są gęsto upakowane cząsteczkami utrudniającymi dostęp przeciwciał i innych narzędzi do znakowania. Ponadto cząsteczki docelowe mogą znajdować się poza granicami dyfrakcji, tak że mikroskopy świetlne nie są w stanie uchwycić drobnych szczegółów i rozdzielczości jednostek biologicznych. Aby umożliwić wizualizację nanoskalowych architektur biologicznych, a także uzyskać dostęp do znakowania nawet najbardziej gęstych struktur biologicznych, Sarkar i jej zespół opracowali idExM, w którym osadzają tkankę w hydrożelu i wykorzystują zarówno siły mechaniczne, jak i elektrostatyczne, aby osiągnąć prawie 100-krotną liniową ekspansję tkanek. Ta technologia ujawniła nanoskalową architekturę transsynaptyczną w tkance mózgowej i skomplikowaną organizację blaszek amyloidowych β związanych z chorobą Alzheimera .

Nagrody i wyróżnienia

• 2020 Distinguished Alumnus Award jako „Young Achiever” przyznany przez Indian Institute of Technology w Dhanbad
• 2018 Nagroda NIH K99/R00 Pathway to Independence
• 2018 MIT Technology Review wśród 10 najlepszych innowatorów poniżej 35 roku życia z Indii

Wybierz publikacje

• Iteracyjna mikroskopia z bezpośrednią ekspansją. D. Sarkar, A. Wassie, J. Kang, T. Tarr, A. Tang, TA Blanpied, ES Boyden. Towarzystwo Neurobiologii , 2019
• Materiały 2D do biosensorów opartych na FET. D. Sarkara. Podstawy i zastosowania wykrywania materiałów 2D, wyd.: CS Rout, DJ Late i Hywel Morgan, Woodhead Publishing Series, Elsevier, 2019
• Glioksal jako alternatywa dla PFA w immunobarwieniu i nanoskopii. KN Richter, NH Revelo, KJ ​​Seitz, MS Helm, D. Sarkar i in. The EMBO Journal , 2017.
• Multipleksowany zapis neuronowy wzdłuż pojedynczego światłowodu za pomocą reflektometrii optycznej. SG Rodriques, AH Marblestone, J. Scholvin, J. Dapello, D. Sarkar, M. Mankin, R. Gao, L. Wood i ES Boyden. Journal of Biomedical Optics , tom. 21, nr 5, s. 057003, 2016.
• Subtermionowy tunelowy tranzystor polowy z atomowo cienkim kanałem. Deblina Sarkar, Xuejun Xie, Wei Liu, Wei Cao, Jiahao Kang, Yongji Gong, Stephan Kraemer, Pulickel M. Ajayan i Kaustav Banerjee. Natura (czasopismo) , tom. 526, s. 91–95, 2015
• Funkcjonalizacja dichalkogenków metali przejściowych za pomocą nanocząstek metalicznych: implikacje dla domieszkowania i wykrywania gazów. Deblina Sarkar, Xuejun Xie, Jiahao Kang, Haojun Zhang, Wei Liu, Jose Navarrete, Martin Moskovits i Kaustav Banerjee. Nano litery , tom. 15, nr 5, s. 2852–2862, 2015.
• Tranzystor polowy MoS2 do bioczujników nowej generacji bez etykiet. Deblina Sarkar, Wei Liu, Xuejun Xie, Aaron Anselmo, Samir Mitragotri i Kaustav Banerjee. ACS Nano , tom. 8, nr 4, s. 3992–4003, 2014.
• Biosensory oparte na tranzystorach polowych z efektem jonizacji uderzeniowej do ultraczułej detekcji biomolekuł. Deblina Sarkar, Harald Gossner, Walter Hansch i Kaustav Banerjee. Listy z fizyki stosowanej , tom. 102, nr 20, 203110, 2013.
• Propozycja tranzystora z efektem pola tunelowego jako ultraczułych biosensorów bez etykiet. Deblina Sarkar i Kaustav Banerjee. Applied Physics Letters , 100, nr 14, 143108, 2012.
• Wzmocniony prąd tunelowania między pasmami wspomagany metalicznymi nanocząstkami. Deblina Sarkar i Kaustav Banerjee. Listy z fizyki stosowanej , tom. 99, nr 13, s. 133116, 26 września 2011 r.
• Zachowanie wysokich częstotliwości interkonektów opartych na grafenie — część I: modelowanie impedancji. Deblina Sarkar, Chuan Xu, Hong Li i Kaustav Banerjee. Transakcje IEEE na urządzeniach elektronowych , tom. 58, nr 3, s. 843–852, marzec 2011.
• Nowatorski tranzystor MOS z jonizacją uderzeniową pola elektrycznego. Deblina Sarkar, Navab Singh i Kaustav Banerjee. Listy urządzeń elektronowych IEEE, tom. 31, nr 11, s. 1175–1177, listopad 2010.