I ricercatori dei gruppi Schroeder e Moore dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno pubblicato un nuovo studio che illustra come i cambiamenti nella sequenza del polimero influenzino le proprietà di trasporto di carica. Questo lavoro richiedeva la capacità di costruire e studiare molecole a catena con alti livelli di precisione.

La carta, "Trasporto di carica in oligomeri coniugati definiti in sequenza, " è stato pubblicato nel Giornale della Società Chimica Americana .

Le molecole a catena o i polimeri sono onnipresenti nella società moderna, con materiali elettronici organici sempre più utilizzati nelle celle solari, schermi piatti, e sensori. Però, i materiali convenzionali sono generalmente realizzati mediante polimerizzazione statistica, dove l'ordine delle subunità o dei monomeri, la sequenza dei monomeri, è casuale.

"I metodi di polimerizzazione tradizionali non ci danno un perfetto livello di controllo della sequenza, " disse Charles Schroeder, il capo associato e professore di ingegneria chimica e biomolecolare Ray e Beverly Mentzer e membro di facoltà a tempo pieno presso il Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Di conseguenza, è stato difficile chiedersi come la sequenza del monomero influenzi le sue proprietà".

I ricercatori hanno sviluppato un metodo chiamato sintesi iterativa per affrontare il problema. "La sintesi proteica nelle nostre cellule avviene aggiungendo gli amminoacidi uno per uno. Usiamo lo stesso metodo per produrre polimeri sintetici in cui aggiungiamo monomeri distinti in modo uno per uno. Questo ci consente di controllare con precisione la sequenza in modo lineare preparativi, " disse Hao Yu, uno studente laureato nel gruppo Schroeder, e il Moore Group guidato da Jeff Moore, la Stanley O. Ikenberry Endowed Chair e professore di chimica.

Dopo aver realizzato i materiali, i ricercatori hanno studiato le loro proprietà di trasporto di carica utilizzando tecniche a singola molecola. In questo modo, sono stati in grado di misurare la conduttanza attraverso singole catene, molto simile a un "filo molecolare".

"I fili molecolari sono generalmente bravi a trasportare la carica, " ha detto Schroeder. "Volevamo sapere come cambiano le proprietà di trasporto di carica se cambia la sequenza complessiva".

Yu ha aggiunto ancore molecolari ad entrambe le estremità della molecola della catena per consentire la caratterizzazione. "Abbiamo usato una tecnica chiamata metodo di giunzione rottura microscopio a scansione tunnel, dove le ancore si collegano a due elettrodi d'oro e formano una giunzione molecolare, " ha detto Songsong Li, uno studente laureato nel gruppo Schroeder. "Quindi imponiamo una polarizzazione applicata o una tensione attraverso la molecola, e questo ci consente di misurare le proprietà di trasporto di carica di questi polimeri".

"Attualmente il metodo di sintesi è laborioso, " ha detto Schroeder. "Andando avanti, stiamo sviluppando metodi di sintesi automatizzata nel Beckman Institute per generare grandi librerie di molecole definite in sequenza".

"Le implicazioni di questo lavoro sono significative, " disse Dawanne Poree, responsabile del programma presso l'Ufficio Ricerche dell'Esercito che supporta il lavoro. "Ci siamo spesso chiesti se le proprietà dipendenti dalla sequenza osservate nei polimeri biologici potessero tradursi in materiali polimerici sintetici. Questo lavoro rappresenta un passo avanti verso la risposta a questa domanda. Inoltre, questo lavoro fornisce informazioni chiave su come la struttura molecolare può essere progettata e manipolata razionalmente per rendere materiali con proprietà di design di interesse per l'esercito come la nanoelettronica, trasporto di energia, codifica molecolare, e archiviazione dei dati, autoguarigione, e altro."