Inom molekylär elektronik sträcks enstaka molekyler mellan två elektroder för att bilda ett elektriskt ledande element i vilket molekylär konduktivitet sedan mäts. Även om den underliggande metoden för detta fenomen, scanning tunneling microscopy, belönades med Nobelpriset för mer än trettio år sedan, kvarstår en stor begränsning:För att få tillgång till molekylär konduktivitet måste molekylerna som skulle mätas vara permanent fästa vid de oorganiska guldelektroderna, vanligtvis via svavelbroar.

"Vi har modifierat de två elektroderna på ett sätt som gör att vi inte bara kan bestämma den molekylära konduktiviteten hos en enskild molekyl. Snarare kan vi nu byta ut föreningarna efter behag för att mäta ledningsförmågan hos många olika molekyler i följd", säger Werner Nau, professor i kemi vid Jacobs University. Hans forskargrupp är dedikerad till att utveckla nya fysikalisk-kemiska metoder och avancerade hybridföreningar för livs- och materialvetenskap.

Resultaten av deras nyligen publicerade forskningsarbete har valts ut som ett "Hot Paper" av redaktörerna för tidskriften Angewandte Chemie International Edition . Tidskriften klassificerar ämnet som högst relevant i ett snabbt föränderligt forskningsfält.

I den nya elektroniska mätuppsättningen är båda elektroderna modifierade med organiska makrocykliska receptorer (se bild) så att lösta molekyler kan fästa till föreningspunkten och även lossna. Detta är jämförbart med stickproppsanslutningar inom elteknik. De gör det möjligt att byta ut elektriska element, till exempel för att byta ut defekta komponenter eller för att införliva de med andra egenskaper. "Förenklat uttryckt har vi lyckats introducera elektriska kontaktanslutningar på nivån av enstaka molekyler. Vi använder nu supramolekylära istället för kovalenta bindningar på den ledande platsen. Detta möjliggör helt nya dynamiska mätningar och effekter", säger Suhang He, en av de ledande. författare till publikationen och en postdoktor vid Jacobs University. Den ytterligare fördelen med detta tillvägagångssätt är att naturliga, omodifierade molekyler kan studeras, så det invasiva införandet av svavelgrupper är inte längre nödvändigt.

I sin första studie använder det tysk-kinesiska teamet de nyupptäckta supramolekylära elektriska kopplingarna i biosensing, bland annat för att detektera biologiskt relevanta föreningar som camptothecin, ett läkemedel som används i kemoterapi. Genom att till exempel mäta förändringen i elektrisk ledningsförmåga har man kunnat visa hur enskilda läkemedelsmolekyler protoneras och deprotoneras i de nya elektriska kopplingarna. Inom fysik och ingenjörsvetenskap har den nya molekylär elektroniska metoden potential för avancerade molekylära beräkningstillämpningar. Det beror på att den visar hur de olika egenskaperna hos molekylära ledare snabbt kan mätas och testas. + Utforska vidare

Stora framsteg gjorts i avbildning av en enmolekylär switch