Kunstmatige moleculen zouden ooit de informatie-eenheid van een nieuw type computer kunnen vormen of de basis kunnen zijn voor programmeerbare stoffen. De informatie zou worden gecodeerd in de ruimtelijke rangschikking van de individuele atomen - vergelijkbaar met hoe de volgorde van basenparen de informatie-inhoud van DNA bepaalt, of reeksen van nullen en enen vormen het geheugen van computers.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, en Ruhr-Universität Bochum (RUB) hebben een stap in de richting van deze visie gezet. Ze toonden aan dat atoomprobe-tomografie kan worden gebruikt om een ​​complexe ruimtelijke rangschikking van metaalionen in multivariate metaal-organische raamwerken te lezen.

Metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn kristallijne poreuze netwerken van multi-metaalknooppunten die met elkaar zijn verbonden door organische eenheden om een ​​goed gedefinieerde structuur te vormen. Om informatie te coderen met behulp van een reeks metalen, het is essentieel om eerst de metalen opstelling te kunnen lezen. Echter, het lezen van de regeling was buitengewoon uitdagend. Onlangs, de interesse in het karakteriseren van metaalsequenties groeit vanwege de uitgebreide informatie die dergelijke multivariate structuren zouden kunnen bieden.

Fundamenteel, er was geen methode om de metaalsequentie in MOF's te lezen. In de huidige studie, het onderzoeksteam heeft dit met succes gedaan door gebruik te maken van atom probe tomography (APT), waarin de Bochumse materiaalwetenschapper Tong Li een expert is. De onderzoekers kozen MOF-74, gemaakt door de Yaghi-groep in 2005, als object van belang. Ze ontwierpen de MOF's met gemengde combinaties van kobalt, cadmium, leiding, en mangaan, en vervolgens hun ruimtelijke structuur gedecodeerd met behulp van APT.

Li, hoogleraar en hoofd van de onderzoeksgroep Atomic-Scale Characterization bij het Institute for Materials aan de RUB, beschrijft de methode samen met Dr. Zhe Ji en Professor Omar Yaghi van UC Berkeley in het tijdschrift Wetenschap , online gepubliceerd op 7 augustus, 2020.

Net zo geavanceerd als biologie

In de toekomst, MOF's kunnen de basis vormen van programmeerbare chemische moleculen:een MOF kan worden geprogrammeerd om een ​​actief farmaceutisch ingrediënt in het lichaam te introduceren om geïnfecteerde cellen aan te pakken en het actieve ingrediënt vervolgens af te breken in onschadelijke stoffen zodra het niet langer nodig is. Of MOF's kunnen worden geprogrammeerd om verschillende medicijnen op verschillende tijdstippen vrij te geven.

"Dit is heel krachtig, omdat je in feite het gedrag codeert van moleculen die de poriën verlaten, ' zei Yagi.

Ze kunnen ook worden gebruikt om CO . af te vangen ₂ en, tegelijkertijd, zet de CO . om ₂ tot een bruikbare grondstof voor de chemische industrie.

"Op de lange termijn, dergelijke structuren met geprogrammeerde atoomsequenties kunnen onze manier van denken over materiële synthese volledig veranderen, " schrijven de auteurs. "De synthetische wereld zou een heel nieuw niveau van precisie en verfijning kunnen bereiken dat voorheen voorbehouden was aan de biologie."