Новый метод измерения в молекулярной электронике
В молекулярной электронике отдельные молекулы растягиваются между двумя электродами, образуя электропроводящий элемент, в котором затем измеряется молекулярная проводимость. Хотя метод, лежащий в основе этого явления, сканирующая туннельная микроскопия, был удостоен Нобелевской премии более тридцати лет назад, основное ограничение остается: чтобы получить доступ к молекулярной проводимости, измеряемые молекулы должны быть постоянно прикреплены к неорганическим золотым электродам, обычно через серные мосты.
Графическая абстракция. Предоставлено: Международное издание Angewandte Chemie (2022 г.). DOI: 10.1002/anie.202203830
«Мы модифицировали два электрода таким образом, что можем не только определять молекулярную проводимость одной молекулы. Скорее, теперь мы можем менять соединения по желанию, чтобы последовательно измерять проводимость многих разных молекул», — сказал Вернер. Нау, профессор химии в Университете Джейкобса. Его исследовательская группа занимается разработкой новых физико-химических методов и передовых гибридных соединений для биологических наук и материаловедения.
Результаты их недавно опубликованной исследовательской работы были выбраны редакторами журнала Angewandte Chemie International Edition в качестве «Горячей статьи». Журнал классифицирует эту тему как очень актуальную в быстро меняющейся области исследований.
В новой электронной измерительной установке оба электрода модифицированы органическими макроциклическими рецепторами (см. изображение), так что молекулы растворенного вещества могут присоединяться к соединению, а также отсоединяться. Это сравнимо со штекерными соединениями в электротехнике . Они позволяют заменять электрические элементы, например, заменять неисправные компоненты или включать элементы с другими свойствами. «Проще говоря, нам удалось внедрить электрические штепсельные соединения на уровне отдельных молекул. Теперь мы используем супрамолекулярные связи вместо ковалентных в проводящем центре. Это позволяет проводить совершенно новые динамические измерения и эффекты», — сказал Суханг Хе, один из ведущих авторов публикации и научный сотрудник Университета Джейкобса. Дополнительным преимуществом этого подхода является то, что можно изучать нативные, немодифицированные молекулы, поэтому сернистых групп больше не требуется.
В своем первом исследовании немецко-китайская команда применяет недавно открытые надмолекулярные электрические соединения в биосенсорах, среди прочего, для обнаружения биологически значимых соединений, таких как камптотецин, препарат, используемый в химиотерапии. Например, путем измерения изменения электропроводности удалось показать, как отдельные молекулы лекарств протонируются и депротонируются в новых электрических соединениях. В физике и технике новый молекулярно-электронный метод имеет потенциал для применения в передовых молекулярных вычислениях. Это потому, что он показывает, как можно быстро измерить и протестировать различные свойства молекулярных проводников.
