生物芯片供电;非反射nanopillars。
生物芯片供电
哥伦比亚大学工程研究人员驱动集成电路从三磷酸腺苷(ATP),生命的能量货币。他们通过整合了传统的固态CMOS集成电路与人工脂质双分子层膜包含需要atp提供能量离子泵,打开门创建全新的人工系统,包含生物和固态组件。
肯•谢泼德哥伦比亚大学,电气工程和生物医学工程教授指出,尽管其压倒性的成功,CMOS固态电子不能复制某些功能自然生命系统,如味觉和嗅觉的感官和生化能源的使用。生命系统实现这一功能的版本基于脂质膜的电子和离子通道和泵,作为一种“生物晶体管。他们使用电荷离子携带能量和信息的形式——离子通道控制离子在细胞膜的流动。
插图描绘biocell附加到CMOS集成电路包含钠钾泵膜孔隙。(来源:特雷弗·芬尼和贾里德·罗斯曼/哥伦比亚工程)
在生命系统、能源存储在势在脂质膜,在这种情况下通过离子泵的作用。ATP生成是用来运输能源消耗细胞内的地方。建立一个原型的混合动力系统,团队包装ATP-harvesting“biocell CMOS集成电路。在ATP的存在,系统注入离子跨膜,产生一个电势收获的IC。
“我们做了一个大规模版本的这个系统,在几毫米的规模,是否有效,”谢泼德说。“我们的研究结果提供了新的见解广义电路模型,使我们能够确定的条件下最大化利用化学能的效率通过这些离子泵的作用。我们将会看到如何扩展系统。”
非反射nanopillars
工程师在伊利诺伊大学厄巴纳香槟和马萨诸塞大学洛厄尔开发了一个新的anti-reflection涂层等设备的发光二极管、太阳能电池和传感器。涂料是一个专门雕刻,纳米薄膜,允许更多的光通过平面,然而还提供电子访问底层材料——一个至关重要的光电子学的结合。
两种材料之间的界面,如半导体和空气,一些光总是反映。这限制了光电设备的效率。如果在半导体光发射,一部分的光永远不会逃避半导体材料。另外,传感器和太阳能电池,光的一部分永远不会让它探测器收集和转化为电子信号。模型称为菲涅耳方程描述了反射和传输两种材料之间的界面。
“这一直知道,表面结构的材料可以提高光传输,”研究的合著者说维克托•Podolskiy马萨诸塞大学洛厄尔教授。“在这种结构中,一个更有趣的是在自然界发现的相似结构,和被称为“moth-eye”模式:小nanopillars可以“击败”菲涅耳方程在特定波长和角度。”
数组nanopillars蚀刻grate-patterned金属薄层的创建一个无反射表面,可以提高电子设备的性能。(来源:丹尼尔Wasserman)
metal-assisted化学腐蚀的研究人员使用一种方法,MacEtch,雕刻有图案的金属薄膜半导体来创建一个数组的微小nanopillars上升高于金属薄膜。结合这些“moth-eye”nanopillars和金属薄膜创建了一个部分涂层优于未经处理的半导体材料。
“nanopillars提高光传输,而金属薄膜提供了电接触。值得注意的是,我们可以改善我们的光传输和电子同时访问,”刘Runyu说研究生研究员伊利诺斯州。
研究人员证明了他们的技术,导致金属覆盖大约一半的表面,可以传输光或表面的90%左右。相比之下,光秃秃的,未成形的表面没有金属只能传送70%的光和没有电接触。
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