Veel potentiële geneesmiddelen falen tijdens klinische proeven, maar dankzij nieuw onderzoek van de Universiteit van Illinois, biologische moleculen die ooit werden overwogen voor de behandeling van kanker, worden nu hergebruikt als organische halfgeleiders voor gebruik in chemische sensoren en transistors.

De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Organische halfgeleiders zijn verantwoordelijk voor zaken als flexibele elektronica en transparante zonnecellen, maar onderzoekers werken aan het uitbreiden van hun gebruik in de biogeneeskunde en apparaten die interactie vereisen tussen elektrisch actieve moleculen en biologische moleculen.

Ying Diao, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering, zei dat ze verrast was toen de twee richtingen van haar onderzoek - farmaceutische ontwikkeling en printbare elektronica - in haar laboratorium samensmolten met de ontdekking van halfgeleiderachtige kenmerken in een goed bestudeerd bioactief molecuul. het molecuul, die zichzelf in het DNA invoegt om replicatie te voorkomen, werd ooit onderzocht als een potentieel middel tegen kanker.

"Deze convergentie van mijn twee onderzoeksgebieden was totaal onverwacht, " zei Diao. "Terwijl we deze farmaceutische moleculen onderzochten, we merkten dat hun moleculaire structuren veel leken op de organische halfgeleiders waarmee we in de rest van mijn groep werkten."

Deze moleculen, genaamd DNA-topoisomeraseremmers, zijn plat en bevatten netjes gestapelde kolommen van elektrisch geleidende moleculaire ringen - kenmerken die een goede halfgeleider vormen. Anders dan een typische halfgeleider, deze moleculaire kolommen zijn met elkaar verbonden door waterstofbruggen die ladingen van kolom naar kolom kunnen verplaatsen, het vormen van bruggen die het hele moleculaire samenstel transformeren in een halfgeleider - iets dat zelden werd gezien voor deze studie, aldus de onderzoekers.

"Deze moleculen kunnen een interactie aangaan met biologisch materiaal met een hoge specificiteit, waardoor ze goede kandidaten zijn voor gebruik in biosensoren, " zei Diao. "Ze zijn ook gemakkelijk te bedrukken, maar hebben nieuwe oplosmiddelen nodig omdat ze chemisch anders zijn dan andere organische halfgeleiders. De fabricage-infrastructuur is al aanwezig."

Het team heeft de halfgeleiders geprint en getest en erkent dat hun efficiëntie en prestaties moeten worden verbeterd. Diao zei dat de echte opwinding over deze vooruitgang zal komen van de mogelijkheid om vergelijkbare moleculen te ontdekken.

"We stellen ons voor om samen te werken met onderzoekers op het gebied van machine learning die computers kunnen trainen om de unieke kenmerken van deze moleculen te herkennen, Diao zei. "Ze kunnen de enorme farmaceutische databases die tegenwoordig beschikbaar zijn, op zoek naar moleculen met vergelijkbare, of misschien zelfs betere halfgeleidende eigenschappen."