Många potentiella läkemedel misslyckas under kliniska prövningar, men tack vare ny forskning från University of Illinois, biologiska molekyler som en gång övervägdes för cancerbehandling återanvänds nu som organiska halvledare för användning i kemiska sensorer och transistorer.

Forskarna rapporterar sina resultat i tidskriften Naturkommunikation .

Organiska halvledare är ansvariga för saker som flexibel elektronik och transparenta solceller, men forskare arbetar för att utöka deras användning inom biomedicin och apparater som kräver interaktion mellan elektriskt aktiva molekyler och biologiska molekyler.

Professorn i kemi- och biomolekylärteknik Ying Diao sa att hon blev förvånad när de två vägarna för hennes forskning - farmaceutisk utveckling och utskrivbar elektronik - slogs samman i hennes labb med upptäckten av halvledarliknande egenskaper i en välstuderad bioaktiv molekyl. Molekylen, som sätter sig in i DNA för att förhindra replikation, utforskades en gång som ett potentiellt anticancermedel.

"Denna konvergens av mina två forskningsområden var helt oväntad, ", sa Diao. "Medan han undersökte dessa farmaceutiska molekyler, vi märkte att deras molekylära strukturer såg ut ungefär som de organiska halvledare vi arbetade med i resten av min grupp."

Dessa molekyler, kallas DNA-topoisomeras-hämmare, är platta och innehåller prydligt staplade kolumner av elektriskt ledande molekylära ringar - egenskaper som gör en bra halvledare. Till skillnad från en typisk halvledare, dessa molekylära kolonner är sammanlänkade av vätebindningar som kan flytta laddningar från kolumn till kolumn, bildar broar som omvandlar hela den molekylära sammansättningen till en halvledare – något som sällan setts före denna studie, sa forskarna.

"Dessa molekyler kan interagera med biologiskt material med hög specificitet, vilket gör dem till goda kandidater för användning i biosensorer, ", sade Diao. "De är också lätta att skriva ut men kommer att kräva nya lösningsmedel eftersom de är kemiskt annorlunda än andra organiska halvledare. Tillverkningsinfrastrukturen är redan på plats."

Teamet skrev ut och testade halvledarna och inser att deras effektivitet och prestanda behöver förbättras. Diao sa att den verkliga spänningen angående detta framsteg kommer från möjligheten att upptäcka liknande molekyler.

"Vi tänker oss att samarbeta med forskare inom maskininlärning som kan träna datorer för att upptäcka de unika egenskaperna hos dessa molekyler, ", sa Diao. "De kan bryta de stora farmaceutiska databaserna som finns tillgängliga idag på jakt efter molekyler med liknande, eller kanske till och med bättre halvledande egenskaper."