Stavar med multivariata MOF (vänster) kan programmeras med olika metallatomer (färgade kulor) för att utföra en rad kemiska uppgifter, såsom kontrollerad frisättning av läkemedel, eller för att koda information som enorna och nollorna i en digital dator. Upphovsman:UC Berkeley -bild av Omar Yaghi och Zhe Ji
Konstgjorda molekyler kan en dag bilda informationsenheten för en ny typ av dator eller vara grunden för programmerbara ämnen. Informationen skulle kodas i de rumsliga arrangemangen för de enskilda atomerna - liknande hur sekvensen av baspar bestämmer informationsinnehållet i DNA, eller sekvenser av nollor och enor bildar minnet hos datorer.
Forskare vid University of California, Berkeley, och Ruhr-Universität Bochum (RUB) har tagit ett steg mot denna vision. De visade att atomprobstomografi kan användas för att läsa ett komplext rumsligt arrangemang av metalljoner i multivariata metall-organiska ramverk.
Metallorganiska ramverk (MOF) är kristallina porösa nätverk av multimetallnoder sammanlänkade av organiska enheter för att bilda en väldefinierad struktur. För att koda information med hjälp av en metalsekvens, det är viktigt att först kunna läsa metallarrangemanget. Dock, att läsa arrangemanget var extremt utmanande. Nyligen, intresset för att karakterisera metalsekvenser växer på grund av den omfattande information som sådana multivariata strukturer skulle kunna erbjuda.
I grunden det fanns ingen metod för att läsa av metallsekvensen i MOF. I den aktuella studien, forskargruppen har framgångsrikt gjort det med hjälp av atom probe tomography (APT), där den Bochum-baserade materialvetaren Tong Li är expert. Forskarna valde MOF-74, gjord av Yaghi -gruppen 2005, som ett intresseobjekt. De designade MOF:erna med blandade kombinationer av kobolt, kadmium, leda, och mangan, och dekrypterade sedan sin rumsliga struktur med APT.
Li, professor och chef för forskargruppen Atomic-Scale Characterization vid Institute for Materials på RUB, beskriver metoden tillsammans med Dr Zhe Ji och professor Omar Yaghi från UC Berkeley i tidningen Vetenskap , publicerad online den 7 augusti, 2020.
Lika sofistikerad som biologi
I framtiden, MOF kan utgöra grunden för programmerbara kemiska molekyler:till exempel en MOF kan programmeras för att introducera en aktiv farmaceutisk ingrediens i kroppen för att rikta in sig på infekterade celler och sedan bryta ner den aktiva ingrediensen till ofarliga ämnen när den inte längre behövs. Eller MOF kan programmeras för att släppa olika läkemedel vid olika tidpunkter.
"Detta är mycket kraftfullt, eftersom du i grunden kodar beteendet för molekyler som lämnar porerna, "Sa Yaghi.
De kan också användas för att fånga CO 2 och, på samma gång, konvertera CO 2 till en användbar råvara för den kemiska industrin.
"I längden, sådana strukturer med programmerade atomsekvenser kan helt förändra vårt sätt att tänka på materialsyntes, "skriv författarna." Den syntetiska världen kan nå en helt ny nivå av precision och sofistikering som tidigare har reserverats för biologi. "
