Биология животных и растений помогает улучшать электронные и энергопреобразующие устройства

Исследователи из Университета Пердью, вдохновившись уникальными структурными элементами биологических мембран клеток животных и растений, масштабировали производство наноразмерной электроники. Они воспроизвели живую молекулярную точность и «вырастили» цепь солнечных элементов для использования на электронных поверхностях.

Эта технология может решить некоторые из главных проблем в производстве наноразмерных электронных и оптоэлектронных устройств: масштабирование для удовлетворения спроса на производство более совершенных и быстрых телефонов, компьютеров и других устройств.

В клеточных мембранах молекулы с характерными «головами» и «хвостами» плотно упакованы, как пассажиры в метро в час пик. В основном, только «головы» молекул обращены к окружающей среде клетки, где они контролируют взаимодействия.

«Биология создала феноменальный набор строительных блоков для внедрения химической информации в поверхность», — говорит Шелли Клэридж, доцент химии и биомедицинской инженерии.

Одна из проблем масштабирования связана с контролем структуры поверхности в масштабах менее 10 нанометров — что актуально для современных вычислительных и энергопреобразующих устройств.

Группа Клэридж обнаружила, что можно создавать поверхности, на которых фосфолипиды не «стоят», а «сидят», обнажая и «головы», и «хвосты» каждой молекулы. Поскольку клеточная мембрана очень тонкая (всего несколько атомов в толщину), это создает полосатые химические паттерны масштабом от 5 до 10 нм.

Уникальное открытие команды показывает, что эти полосатые, «сидячие» монослои фосфолипидов влияют на форму и ориентацию нанокапель жидкости на поверхностях. Такое направленное смачивание на молекулярном уровне может локализовать взаимодействия в растворе с 2D-материалами, потенциально облегчая осаждение компонентов для устройств на основе графена.