DNA wchodzi do fotoniki i elektroniki
W finansowanym ze środków UE projekcie "Functionalized biopolymers for application in molecular electronics and in photonics" (BIOMOLEC) naukowcy z wiodących laboratoriów z całej Europy zwiększają funkcjonalność i domieszkują dobrze znane biopolimery, jak np. DNA — fotoaktywnymi chromoforami. Powinno to pomóc opracować materiały charakteryzujące się regulowaną ruchliwością ładunku i doskonałymi nieliniowymi właściwościami optycznymi. Członkowie projektu dokonali syntezy pięciu chromoforów typu push–pull w ilościach gramowych w celu domieszkowania biopolimerów. Po włączeniu do dwóch różnych cienkowarstwowych matryc polimerowych (PMMA i DNA-CTMA), zostały one ocenione pod względem właściwości luminescencyjnych, gdzie matryca DNA-CTMA wykazywała większą wydajność kwantową. Przygotowano i zsyntezowano w drodze elektropolimeryzacji kilka różnych rodzajów kompozytów polimer–DNA. Odkryto, że matryca DNA-CTMA jest bardziej elektroaktywna, przy pojemności warstwy podwójnej trzykrotnie przewyższającej pojemność czystego polimeru. Renderowanie zdolności przewodzenia DNA, z kontrolowaną ruchliwością ładunku, czyni takie materiały polimerowe przydatnymi do zastosowań elektroniki molekularnej, a w szczególności tranzystorów polowych. Aby otrzymać nanosłupki i nanostruktury drutowe, naukowcy zastosowali metodę hydrotermalną, otrzymując w ten sposób struktury wysokokrystaliczne. Nanosłupki osadzono na podłożach za pomocą techniki powlekania obrotowego (spin-coating), wykazując względnie homogeniczne pokrycie powierzchni bez rozwarstwień. Dzięki temu zaobserwować można zachodzące w powłoce procesy utleniania i redukcji — oddawanie i przyjmowanie elektronów. Wpływając w znacznym stopniu na właściwości fotorefraktywne sprzężonych systemów organicznych, nanoobiekty mogą zmieniać nieliniowe właściwości optyczne takich systemów. To odkrycie ma istotne znaczenie dla wzmocnienia nieorganicznych materiałów matrycowych i stworzenia nowej bezdotykowej metody orientowania pionowego molekuł ciekłokrystalicznych w wyświetlaczach. Ustalenia projektu są ważne dla dziedzin tak różnych jak przetwarzanie sygnałów optycznych, elektronika molekularna i przekształcanie energii słonecznej. Rozwój nowych materiałów i wiedzy w zakresie materiałów biodegradowalnych i odnawialnych przyniesie korzyści, ponieważ XXI wiek jest uważany za erę fotoniki.
Słowa kluczowe
Biopolimery, DNA, fotonika, elektronika molekularna, domieszkowanie, chromofory, ruchliwość ładunku, nieliniowe optyczne, matryce polimerowe, wydajność kwantowa, tranzystory polowe, powlekanie obrotowe, fotorefraktywne, przekształcanie energii
