Un substrat est un matériau sous-jacent ou une couche de matériau sur laquelle d’autres matériaux ou processus sont effectués. Cela peut impliquer n’importe quoi, des surfaces du sous-sol dans l’agriculture sur lesquelles les plantes sont cultivées aux couches de semi-conducteur de silicium utilisées comme base pour la construction de circuits électriques, et des cellules ou d’autres milieux biologiques sur lesquels les enzymes agissent. Le terme substrat est souvent utilisé en médecine et dans la fabrication de micropuces, mais il est également commun à la géologie et à d’autres processus naturels.
Le substrat de silicium est sans aucun doute l’une des structures synthétiques les plus complexes fabriquées à l’échelle micrométrique et nanométrique. Les conceptions de micropuces et de cellules solaires utilisent plusieurs couches horizontales, avec une micropuce typique à partir de 2011 ayant plusieurs substrats fonctionnels, ou des fondations pour les couches au-dessus d’eux. Le matériau semi-conducteur commence par une couche de dispositif de transistors, qui est surmontée d’une couche d’interconnexion à une couche de dispositif au-dessus. Entre ces sections, des couches de substrat d’isolation et de métallisation sont ajoutées, ainsi que des couches de liaison pour maintenir l’ensemble de la structure ensemble et fonctionnel. La recherche sur les couches horizontales et verticales interconnectées, créant une micropuce tridimensionnelle sous forme de cube, est la prochaine étape dans l’augmentation de la mémoire et de la vitesse de traitement.
Contrairement à la fabrication de circuits, un substrat enzymatique est déjà une forme tridimensionnelle naturelle. Les enzymes sont des molécules de protéines qui agissent comme des catalyseurs en biochimie. Le nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) est un exemple de coenzyme de la vitamine B3, qui se fixe sur un substrat cellulaire dans le corps humain. Le site de substrat actif où il se lie est ensuite modifié par l’enzyme et cette section du substrat est libérée en tant que produit de la réaction. Étant donné que l’enzyme elle-même n’est pas modifiée au cours du processus, elle se déplace ensuite vers d’autres emplacements pour continuer à permettre des réactions essentielles, telles que la respiration cellulaire et la production d’énergie dans le corps.
Les processus géologiques se réfèrent souvent aux substrats comme méthode de détermination de l’âge et de la composition de la croûte terrestre. Les couches inférieures de dépôts rocheux, souvent appelées strates, sont considérées comme plus anciennes et contiennent souvent des exemples précoces de vie fossilisée sur Terre, si elles ont été déposées horizontalement et non retournées par les effets du climat. Des recherches similaires menées en examinant les couches profondes des calottes glaciaires de l’Antarctique sont utilisées pour déterminer la composition de l’atmosphère dans un passé lointain à travers les gaz piégés dans les substrats glaciaires, ainsi que les périodes glaciaires de l’histoire du climat de la Terre. Des processus connexes sont utilisés pour analyser les 6 premiers pouces (15.24 centimètres) des substrats du sol pour les nutriments, la rétention d’eau, l’air emprisonné, etc. afin de déterminer la fertilité du sol pour une croissance optimale des cultures.