Forskare i Schroeder och Moore-grupperna vid University of Illinois i Urbana-Champaign har publicerat en ny studie som illustrerar hur förändringar i polymersekvensen påverkar laddningstransportegenskaper. Detta arbete krävde förmågan att bygga och studera kedjemolekyler med hög precision.

Pappret, "Laddningstransport i sekvensdefinierade konjugerade oligomerer, " publicerades i Journal of the American Chemical Society .

Kedjemolekyler eller polymerer finns överallt i det moderna samhället, med organiskt elektroniskt material som alltmer används i solceller, platta skärmar, och sensorer. Dock, konventionella material tillverkas vanligtvis genom statistisk polymerisation, där ordningen på underenheterna eller monomererna – monomersekvensen – är slumpmässig.

"Traditionella polymerisationsmetoder ger oss inte en perfekt nivå av kontroll över sekvensen, sa Charles Schroeder, biträdande chefen och Ray och Beverly Mentzer professor i kemi- och biomolekylär teknik och en heltidsanställd fakultetsmedlem vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Som ett resultat, det har varit utmanande att fråga hur monomersekvensen påverkar dess egenskaper."

Forskarna utvecklade en metod som kallas iterativ syntes för att hantera problemet. "Proteinsyntes i våra celler sker genom att tillsätta aminosyrorna en efter en. Vi använder samma metod för att göra syntetiska polymerer där vi lägger till distinkta monomerer på ett och ett-sätt. Detta gör att vi kan styra sekvensen exakt i en linjär arrangemang, " sa Hao Yu, en doktorand i Schroeder Group, och Moore-gruppen ledd av Jeff Moore, Stanley O. Ikenberry begåvad ordförande och professor i kemi.

Efter att ha gjort materialen, forskarna studerade deras laddtransportegenskaper med hjälp av enkelmolekyltekniker. På det här sättet, de kunde mäta konduktansen genom enkla kedjor, ungefär som en "molekylär tråd".

"Molekylära ledningar är i allmänhet bra på att transportera laddning, " sa Schroeder. "Vi ville veta hur laddningstransportegenskaperna förändras om den övergripande sekvensen ändras."

Yu lade till molekylära ankare i båda ändarna av kedjemolekylen för att möjliggöra karakteriseringen. "Vi använde en teknik som kallas scanning tunneling microscope-break junction method, där ankarna länkar till två guldelektroder och bildar en molekylövergång, sa Songsong Li, en doktorand i Schroeder-gruppen. "Då lägger vi en applicerad förspänning eller spänning över molekylen, och detta tillåter oss att mäta laddningstransportegenskaperna hos dessa polymerer."

"För närvarande är syntesmetoden arbetsintensiv, "Sa Schroeder." Framåt, vi utvecklar automatiserade syntesmetoder i Beckman Institute för att generera stora bibliotek av sekvensdefinierade molekyler."

"Konsekvenserna av detta arbete är betydande, sa Dawanne Poree, programledare på Arméns forskningskontor som stödjer arbetet. "Det har ofta undrats om de sekvensberoende egenskaper som observeras i biologiska polymerer skulle kunna översättas till syntetiska polymera material. Detta arbete representerar ett steg mot att besvara denna fråga. Dessutom, detta arbete ger viktiga insikter i hur molekylär struktur kan utformas och manipuleras rationellt för att göra material med designeregenskaper av intresse för armén, såsom nanoelektronik, energitransport, molekylär kodning, och datalagring, självläkande, och mer."