Wat is een substraat?
Een substraat is een onderliggend materiaal of laag materiaal waarop andere materialen of processen worden uitgevoerd. Het kan van alles zijn, van ondergrond in de landbouw waarop planten worden gekweekt tot lagen van silicium halfgeleider die worden gebruikt als basis voor het bouwen van elektrische circuits, en cellen of andere biologische media waarop enzymen werken. De term substraat wordt vaak gebruikt in de geneeskunde- en microchipproductie, maar is ook gebruikelijk in de geologie en andere natuurlijke processen.
Het siliciumsubstraat is zonder twijfel een van de meest complexe synthetische structuren vervaardigd op micrometer- en nanometerschaal. Microchip- en zonnecelontwerpen gebruiken meerdere horizontale lagen, met een typische microchip vanaf 2011 met verschillende functionele substraten, of funderingen voor lagen erboven. Het halfgeleidermateriaal begint met een apparaatlaag van transistoren, die wordt bedekt door een verbindingslaag naar een apparaatlaag erboven. Tussen deze secties worden zowel isolatie- als metallisatiesubstraatlagen toegevoegd, evenals verbindingslagen om de hele structuur bij elkaar te houden en functioneel te houden. Onderzoek naar onderling verbonden horizontale en verticale lagen, waarmee een driedimensionale microchip in kubusvorm wordt gemaakt, is de volgende stap in het verhogen van het geheugen en de verwerkingssnelheid.
In tegenstelling tot circuitproductie is een enzymsubstraat al een natuurlijke driedimensionale vorm. Enzymen zijn eiwitmoleculen die fungeren als katalysatoren in de biochemie. Nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) is een voorbeeld van een co-enzym van de vitamine B3, dat zich hecht aan een celsubstraat in het menselijk lichaam. De actieve substraatplaats waar het bindt wordt dan veranderd door het enzym en dit gedeelte van het substraat wordt vrijgegeven als een product van de reactie. Omdat het enzym zelf tijdens het proces niet wordt gewijzigd, gaat het vervolgens naar andere locaties om essentiële reacties mogelijk te maken, zoals cellulaire ademhaling en energieproductie in het lichaam.
Geologische processen verwijzen vaak naar substraten als een methode om ook de leeftijd en samenstelling van de aardkorst te bepalen. Lagere lagen rotsafzettingen, vaak strata genoemd, worden als ouder beschouwd en bevatten vaak vroege gefossiliseerde voorbeelden van leven op aarde, als ze horizontaal werden afgezet en niet werden omgekeerd door klimaateffecten. Soortgelijk onderzoek uitgevoerd door het onderzoeken van diepe lagen in ijskappen op Antarctica wordt gebruikt om de samenstelling van de atmosfeer in het verre verleden te bepalen door opgesloten gassen in ijssubstraten, evenals ijstijdperioden in de geschiedenis van het klimaat op aarde. Gerelateerde processen worden gebruikt bij het analyseren van de bovenste 6 inch (15,24 centimeter) van bodemsubstraten voor voedingsstoffen, waterretentie, ingesloten lucht, enzovoort om de bodemvruchtbaarheid te bepalen voor optimale gewasgroei.