Des chercheurs des groupes Schroeder et Moore de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont publié une nouvelle étude qui illustre comment les changements dans la séquence du polymère affectent les propriétés de transport de charge. Ce travail nécessitait la capacité de construire et d'étudier des molécules en chaîne avec des niveaux de précision élevés.

Le papier, « Transport de charge dans les oligomères conjugués définis en séquence, " a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society .

Les molécules en chaîne ou les polymères sont omniprésents dans la société moderne, avec des matériaux électroniques organiques de plus en plus utilisés dans les cellules solaires, écrans plats, et capteurs. Cependant, les matériaux classiques sont généralement fabriqués par polymérisation statistique, où l'ordre des sous-unités ou des monomères - la séquence des monomères - est aléatoire.

"Les méthodes de polymérisation traditionnelles ne nous donnent pas un niveau parfait de contrôle de séquence, " dit Charles Schroeder, le directeur associé et professeur Ray et Beverly Mentzer en génie chimique et biomoléculaire et membre à temps plein du corps professoral du Beckman Institute for Advanced Science and Technology. "Par conséquent, il a été difficile de se demander comment la séquence de monomères affecte ses propriétés."

Les chercheurs ont développé une méthode appelée synthèse itérative pour traiter le problème. "La synthèse des protéines dans nos cellules se produit en ajoutant les acides aminés un par un. Nous utilisons la même méthode pour fabriquer des polymères synthétiques où nous ajoutons des monomères distincts un par un. Cela nous permet de contrôler avec précision la séquence de manière linéaire. arrangement, " dit Hao Yu, un étudiant diplômé du groupe Schroeder, et le groupe Moore dirigé par Jeff Moore, titulaire de la chaire Stanley O. Ikenberry et professeur de chimie.

Après avoir fabriqué les matériaux, les chercheurs ont étudié leurs propriétés de transport de charge à l'aide de techniques à molécule unique. De cette façon, ils ont pu mesurer la conductance à travers des chaînes simples, un peu comme un « fil moléculaire ».

"Les fils moléculaires sont généralement bons pour transporter la charge, " a déclaré Schroeder. "Nous voulions savoir comment les propriétés de transport de charge changent si la séquence globale change."

Yu a ajouté des ancres moléculaires aux deux extrémités de la molécule de chaîne pour permettre la caractérisation. « Nous avons utilisé une technique appelée méthode de jonction de rupture de microscope à effet tunnel, où les ancres se lient à deux électrodes en or et forment une jonction moléculaire, " dit Songsong Li, un étudiant diplômé du groupe Schroeder. "Ensuite, nous imposons une polarisation ou une tension appliquée à travers la molécule, et cela nous permet de mesurer les propriétés de transport de charge de ces polymères."

"Actuellement, la méthode de synthèse est laborieuse, " dit Schroeder. " Avancer, nous développons des méthodes de synthèse automatisées à l'Institut Beckman pour générer de grandes bibliothèques de molécules définies par séquence. »

« Les implications de ce travail sont importantes, " a déclaré Dawanne Porée, gestionnaire de programme au bureau de recherche de l'armée qui soutient le travail. « On s'est souvent demandé si les propriétés dépendantes de la séquence observées dans les polymères biologiques pouvaient se traduire par des matériaux polymères synthétiques. Ce travail représente une étape vers la réponse à cette question. De plus, ce travail fournit des informations clés sur la façon dont la structure moléculaire peut être conçue et manipulée rationnellement pour rendre des matériaux dotés de propriétés de conception intéressantes pour l'armée, telles que la nanoélectronique, transport d'énergie, codage moléculaire, et stockage de données, auto-guérison, et plus."