Co je substrát?

Substrát je podkladový materiál nebo vrstva materiálu, na kterém jsou prováděny jiné materiály nebo procesy. Může zahrnovat cokoli od povrchů podloží v zemědělství, na které se rostliny pěstují, až po vrstvy křemíkových polovodičů, které se používají jako základ pro budování elektrických obvodů, a buňky nebo jiná biologická média, na které enzymy působí. Termín substrát se často používá v medicíně a při výrobě mikročipů, ale je také běžný v geologii a dalších přírodních procesech.

Křemíkový substrát je bezpochyby nejsložitější syntetickou strukturou vyráběnou v mikrometrovém a nanometrovém měřítku. Konstrukce mikročipů a solárních článků využívají více horizontálních vrstev, přičemž typický mikročip od roku 2011 má několik funkčních substrátů nebo základy pro vrstvy nad nimi. Polovodičový materiál začíná vrstvou zařízení tranzistorů, která je završena propojovací vrstvou na vrstvu zařízení nad ní. Mezi tyto sekce jsou přidány jak izolační, tak metalizační substrátové vrstvy, jakož i spojovací vrstvy, které udržují celou strukturu pohromadě a funkční. Výzkum vzájemně propojených vodorovných a svislých vrstev, vytváření trojrozměrného mikročipu ve tvaru krychle, je dalším krokem vpřed ve zvyšování paměti a rychlosti zpracování.

Na rozdíl od výroby obvodů je enzymatický substrát již přirozenou trojrozměrnou formou. Enzymy jsou proteinové molekuly, které působí jako katalyzátory v biochemii. Nicotinamid adenin dinukleotid (NADH) je příklad koenzymu vitaminu B3, který se váže na buněčný substrát v lidském těle. Aktivní substrátové místo, kde se váže, je pak změněno enzymem a tato část substrátu je uvolněna jako produkt reakce. Protože se samotný enzym v procesu nezmění, přesune se na jiná místa, aby mohl dále umožňovat zásadní reakce, jako je buněčné dýchání a tvorba energie v těle.

Geologické procesy často označují substráty jako metodu stanovení věku a složení zemské kůry. Dolní vrstvy ložisek hornin, často označované jako vrstvy, jsou považovány za starší a často obsahují časné zkamenělé příklady života na Zemi, pokud byly uloženy horizontálně a nebyly převráceny vlivy podnebí. Podobný výzkum prováděný zkoumáním hlubokých vrstev v ledových plátech v Antarktidě se používá ke stanovení složení atmosféry v dávné minulosti skrze zachycené plyny v ledových substrátech a také doby ledové v historii zemského klimatu. Související procesy se používají při analýze horních 6 palců (15,24 centimetrů) půdních substrátů na živiny, zadržování vody, zachycený vzduch atd. K určení úrodnosti půdy pro optimální růst plodin.