Che cos'è un substrato?
Un substrato è un materiale o strato di materiale sottostante su cui vengono eseguiti altri materiali o processi. Può coinvolgere qualsiasi cosa, dalle superfici del sottosuolo in agricoltura su cui le piante vengono coltivate a strati di semiconduttori al silicio utilizzati come base per la costruzione di circuiti elettrici e cellule o altri mezzi biologici su cui agiscono gli enzimi. Il termine substrato è spesso usato nella medicina e nella fabbricazione di microchip, ma è anche comune alla geologia e ad altri processi naturali.
Il substrato di silicio è, senza dubbio, una delle strutture sintetiche più complesse fabbricate su scala micrometrica e nanometrica. I progetti di microchip e celle solari utilizzano più strati orizzontali, con un tipico microchip a partire dal 2011 con diversi substrati funzionali o basi per strati sopra di essi. Il materiale semiconduttore inizia con uno strato di transistor di dispositivo, che è sormontato da uno strato di interconnessione con uno strato di dispositivo sopra di esso. Tra queste sezioni vengono aggiunti sia gli strati di substrato di isolamento che quelli di metallizzazione, nonché gli strati di legame per mantenere l'intera struttura unita e funzionale. La ricerca su strati orizzontali e verticali interconnessi, realizzando un microchip tridimensionale in forma cubica, è il prossimo passo avanti nell'aumentare la memoria e la velocità di elaborazione.
Contrariamente alla produzione di circuiti, un substrato enzimatico è già una forma tridimensionale naturale. Gli enzimi sono molecole proteiche che agiscono come catalizzatori in biochimica. La nicotinamide adenina dinucleotide (NADH) è un esempio di coenzima della vitamina B3, che si attacca a un substrato cellulare nel corpo umano. Il sito di substrato attivo in cui si lega viene quindi modificato dall'enzima e questa sezione del substrato viene rilasciata come prodotto della reazione. Poiché l'enzima stesso non viene modificato nel processo, si sposta quindi in altre posizioni per continuare a consentire reazioni essenziali, come la respirazione cellulare e la produzione di energia nel corpo.
I processi geologici spesso fanno riferimento ai substrati come un metodo per determinare anche l'età e la composizione della crosta terrestre. Gli strati inferiori di depositi rocciosi, spesso indicati come strati, sono considerati più vecchi e spesso contengono primi esempi fossilizzati di vita sulla Terra, se sono stati depositati orizzontalmente e non ribaltati dagli effetti del clima. Ricerche simili condotte esaminando strati profondi nelle calotte glaciali in Antartide vengono utilizzate per determinare la composizione dell'atmosfera in un lontano passato attraverso gas intrappolati nei substrati di ghiaccio, nonché i periodi dell'era glaciale nella storia del clima terrestre. I processi correlati vengono utilizzati nell'analisi dei 15,24 centimetri di superficie dei substrati del suolo per sostanze nutritive, ritenzione idrica, aria intrappolata e così via per determinare la fertilità del suolo per una crescita ottimale delle colture.