In moleculaire elektronica worden afzonderlijke moleculen tussen twee elektroden uitgerekt om een ​​elektrisch geleidend element te vormen waarin vervolgens de moleculaire geleidbaarheid wordt gemeten. Hoewel de onderliggende methode voor dit fenomeen, scanning tunneling microscopie, meer dan dertig jaar geleden de Nobelprijs kreeg, blijft er een belangrijke beperking:om toegang te krijgen tot moleculaire geleidbaarheid, moesten de te meten moleculen permanent worden bevestigd aan de anorganische goudelektroden, meestal via zwavelbruggen.

"We hebben de twee elektroden zodanig aangepast dat we niet alleen de moleculaire geleidbaarheid van een enkel molecuul kunnen bepalen. In plaats daarvan zijn we nu in staat om de verbindingen naar believen uit te wisselen om de geleidbaarheid van veel verschillende moleculen achter elkaar te meten," zei Werner Nau, hoogleraar scheikunde aan de Jacobs University. Zijn onderzoeksgroep houdt zich bezig met de ontwikkeling van nieuwe fysisch-chemische methoden en geavanceerde hybride verbindingen voor levens- en materiaalwetenschappen.

De resultaten van hun recent gepubliceerde onderzoekswerk zijn door de redactie van het tijdschrift Angewandte Chemie International Edition geselecteerd als een "Hot Paper" . Het tijdschrift classificeert het onderwerp als zeer relevant in een snel veranderend onderzoeksgebied.

In de nieuwe elektronische meetopstelling zijn beide elektroden gemodificeerd met organische macrocyclische receptoren (zie afbeelding), zodat opgeloste moleculen zich aan de junctie kunnen hechten en zich ook kunnen losmaken. Dit is vergelijkbaar met steekverbindingen in de elektrotechniek. Hiermee kunnen elektrische elementen worden uitgewisseld, bijvoorbeeld om defecte onderdelen te vervangen of om onderdelen met andere eigenschappen in te bouwen. "Simpel gezegd, we zijn erin geslaagd elektrische stekkerverbindingen op het niveau van enkele moleculen te introduceren. We gebruiken nu supramoleculaire in plaats van covalente bindingen op de geleidende plaats. Dit maakt volledig nieuwe dynamische metingen en effecten mogelijk", zegt Suhang He, een van de leidende auteurs van de publicatie en een postdoctoraal onderzoeker aan de Jacobs University. Het bijkomend voordeel van deze aanpak is dat inheemse, ongewijzigde moleculen kunnen worden bestudeerd, zodat invasieve introductie van zwavelgroepen niet langer nodig is.

In hun eerste onderzoek past het Duits-Chinese team de nieuw ontdekte supramoleculaire elektrische verbindingen toe in biosensing, onder andere voor het detecteren van biologisch relevante verbindingen zoals camptothecine, een medicijn dat wordt gebruikt bij chemotherapie. Door bijvoorbeeld de verandering in elektrische geleidbaarheid te meten, heeft het kunnen laten zien hoe individuele medicijnmoleculen worden geprotoneerd en gedeprotoneerd in de nieuwe elektrische knooppunten. In de natuurkunde en techniek heeft de nieuwe moleculaire elektronische methode potentieel voor geavanceerde moleculaire computertoepassingen. Het laat namelijk zien hoe de verschillende eigenschappen van moleculaire geleiders snel kunnen worden gemeten en getest. + Verder verkennen

Grote vooruitgang geboekt in beeldvorming van een schakelaar met één molecuul