Programmerbare syntetiske materialer

Kunstige molekyler kunne en dag danne informationsenheden for en ny type computer eller være grundlaget for programmerbare stoffer. Oplysningerne ville blive kodet i det rumlige arrangement af de enkelte atomer - svarende til hvordan sekvensen af ​​basepar bestemmer informationsindholdet i DNA, eller sekvenser af nuller og dem danner hukommelsen på computere.

Forskere ved University of California, Berkeley, og Ruhr-Universität Bochum (RUB) har taget et skridt i retning af denne vision. De viste, at atomprobe tomografi kan bruges til at aflæse et komplekst rumligt arrangement af metalioner i multivariate metal-organiske rammer.

Metal-organiske rammer (MOF'er) er krystallinske porøse netværk af multi-metal knudepunkter, der er forbundet med organiske enheder for at danne en veldefineret struktur. For at kode oplysninger ved hjælp af en metalsekvens, det er vigtigt først at kunne læse metalarrangementet. Imidlertid, at læse arrangementet var ekstremt udfordrende. For nylig, interessen for at karakterisere metalsekvenser vokser på grund af den omfattende information, som sådanne multivariate strukturer ville kunne tilbyde.

Grundlæggende, der var ingen metode til at aflæse metalsekvensen i MOF'er. I den aktuelle undersøgelse, forskergruppen har med succes gjort det ved hjælp af atom probe tomography (APT), hvor den Bochum-baserede materialeforsker Tong Li er ekspert. Forskerne valgte MOF-74, lavet af Yaghi -gruppen i 2005, som et objekt af interesse. De designede MOF'erne med blandede kombinationer af kobolt, cadmium, at føre, og mangan, og derefter dekrypteret deres rumlige struktur ved hjælp af APT.

Li, professor og leder af forskningsgruppen Atomic-Scale Characterization ved Institute for Materials ved RUB, beskriver metoden sammen med Dr. Zhe Ji og professor Omar Yaghi fra UC Berkeley i tidsskriftet Videnskab , offentliggjort online den 7. august, 2020.

Lige sofistikeret som biologi

I fremtiden, MOF'er kunne danne grundlag for programmerbare kemiske molekyler:f.eks. en MOF kunne programmeres til at indføre en aktiv farmaceutisk ingrediens i kroppen for at målrette mod inficerede celler og derefter nedbryde den aktive ingrediens til harmløse stoffer, når den ikke længere er nødvendig. Eller MOF'er kunne programmeres til at frigive forskellige lægemidler på forskellige tidspunkter.

"Dette er meget kraftfuldt, fordi du grundlæggende koder adfærden for molekyler, der forlader porerne, "Sagde Yaghi.

De kan også bruges til at fange CO ₂ og, på samme tid, konverter CO ₂ til et nyttigt råmateriale til den kemiske industri.

"På lang sigt, sådanne strukturer med programmerede atomsekvenser kan fuldstændig ændre vores tankegang om materialesyntese, "skriv forfatterne." Den syntetiske verden kunne nå et helt nyt niveau af præcision og raffinement, der tidligere har været forbeholdt biologi. "