Inspirerad av de unika strukturella elementen i djur- och växtbiologiska cellmembran, Forskare från Purdue University har skalat upp produktionen av elektronik i nanoskala genom att replikera den levande molekylära precisionen och "odla" en krets av solceller för användning på elektroniska ytor.

Tekniken skulle kunna ta itu med några av de största utmaningarna i produktionen av elektroniska och optoelektroniska enheter i nanoskala:uppskalning för att möta produktionsefterfrågan av bättre, snabbare telefoner, datorer och andra elektroniska apparater.

I cellulära membran, molekyler med distinkta huvuden och svansar står tillsammans, tätt packad, som pendlare i en tunnelbana i rusningstid. För det mesta, endast molekylernas huvuden exponeras för miljön runt cellen, där de kontrollerar interaktioner med andra celler och med världen i stort.

"Biologi har utvecklat en fenomenal uppsättning byggstenar för att bädda in kemisk information i en yta, " sa Shelley Claridge, en biträdande professor i kemi och biomedicinsk teknik vid Purdue, vem som leder gruppen. "Vi hoppas kunna översätta det vi har lärt oss från biologisk design för att hantera aktuella skalningsutmaningar inom industriell tillverkning av elektroniska och optoelektroniska enheter i nanoskala."

En av dessa skalningsutmaningar handlar om att kontrollera ytstrukturen på skalor under 10 nanometer – ett behov som är gemensamt för moderna enheter för datoranvändning och energiomvandling.

Claridges forskargrupp har funnit att det är möjligt att designa ytor där fosfolipider sitter, istället för att stå på ytan, exponerar både huvuden och svansarna på varje molekyl. Eftersom cellmembranet är anmärkningsvärt tunt, bara några atomer över, detta skapar randiga kemiska mönster med skalor mellan 5 och 10 nm, en skala som är mycket relevant för enhetsdesign.

En unik upptäckt av teamet avslöjar att dessa randiga, "sittande" monolager av fosfolipider påverkar formen och inriktningen av flytande nanodroppar som placeras på ytorna. Sådan riktad vätning i molekylär skala kan lokalisera lösningsfasinteraktioner med 2D-material, potentiellt underlätta avsättning av beståndsdelar för grafenbaserade enheter.