Onderzoekers van de Schroeder- en Moore-groepen aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een nieuwe studie gepubliceerd die illustreert hoe veranderingen in de polymeersequentie de eigenschappen van ladingstransport beïnvloeden. Dit werk vereiste het vermogen om ketenmoleculen met hoge precisie te bouwen en te bestuderen.

De krant, "Laadtransport in sequentiegedefinieerde geconjugeerde oligomeren, " werd gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Ketenmoleculen of polymeren zijn alomtegenwoordig in de moderne samenleving, met organische elektronische materialen die steeds vaker worden gebruikt in zonnecellen, vlakke paneelvertoningen, en sensoren. Echter, conventionele materialen worden over het algemeen gemaakt door statistische polymerisatie, waarbij de volgorde van de subeenheden of monomeren - de monomeervolgorde - willekeurig is.

"Traditionele polymerisatiemethoden geven ons geen perfect niveau van controle over de sequentie, " zei Charles Schröder, de associate head en Ray en Beverly Mentzer Professor in Chemical and Biomolecular Engineering en een voltijds faculteitslid aan het Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Als resultaat, het was een uitdaging om te vragen hoe de monomeersequentie de eigenschappen ervan beïnvloedt."

De onderzoekers ontwikkelden een methode genaamd iteratieve synthese om het probleem aan te pakken. "Eiwitsynthese in onze cellen vindt plaats door de aminozuren één voor één toe te voegen. We gebruiken dezelfde methode voor het maken van synthetische polymeren, waarbij we afzonderlijke monomeren één voor één toevoegen. Dit stelt ons in staat om de volgorde nauwkeurig te controleren in een lineaire regeling, " zei Hao Yu, een afgestudeerde student in de Schroeder Group, en de Moore Group onder leiding van Jeff Moore, de Stanley O. Ikenberry Endowed Chair en hoogleraar scheikunde.

Na het maken van de materialen, de onderzoekers bestudeerden hun ladingstransporteigenschappen met behulp van technieken met één molecuul. Op deze manier, ze waren in staat om de geleidbaarheid te meten door middel van enkele kettingen, net als een 'moleculaire draad'.

"Moleculaire draden zijn over het algemeen goed in het transporteren van lading, "Zei Schroeder. "We wilden weten hoe de eigenschappen van het ladingstransport veranderen als de algemene volgorde verandert."

Yu voegde moleculaire ankers toe aan beide uiteinden van het ketenmolecuul om de karakterisering mogelijk te maken. "We gebruikten een techniek die de scanning tunneling microscope-break junction-methode wordt genoemd, waar de ankers zich verbinden met twee gouden elektroden en een moleculaire verbinding vormen, " zei Songsong Li, een afgestudeerde student in de Schroeder Group. "Dan leggen we een aangelegde voorspanning of spanning op over het molecuul, en dit stelt ons in staat om de ladingstransporteigenschappen van deze polymeren te meten."

"Momenteel is de synthesemethode arbeidsintensief, "Zei Schroeder. "Vooruitgaand, we ontwikkelen geautomatiseerde synthesemethoden in het Beckman Institute om grote bibliotheken van sequentie-gedefinieerde moleculen te genereren."

"De implicaties van dit werk zijn aanzienlijk, " zei Dawanne Poree, programmamanager bij het Army Research Office die het werk ondersteunt. "Er is vaak afgevraagd of de sequentie-afhankelijke eigenschappen die worden waargenomen in biologische polymeren kunnen worden vertaald naar synthetische polymere materialen. Dit werk is een stap in de richting van het beantwoorden van deze vraag. Bovendien, dit werk biedt belangrijke inzichten in hoe moleculaire structuur rationeel kan worden ontworpen en gemanipuleerd om materialen te maken met designereigenschappen die van belang zijn voor het leger, zoals nano-elektronica, energie transport, moleculaire codering, en gegevensopslag, zelfgenezend, en meer."