Nanotechnologia molekularna dzięki oddziaływaniom powierzchni
Oddziaływania molekularne na powierzchni materiałów odgrywają istotną rolę w funkcjonowaniu zarówno naturalnych, jak i sztucznych systemów. Sieć szkoleniowa, założona w ramach unijnego projektu SMALL (Surfaces for molecular recognition at the atomic level), przygotowała 22 początkujących badaczy do tworzenia innowacji w zakresie nowej generacji czujników molekularnych, systemów katalitycznych, systemów biomimetycznych i elektroniki molekularnej. Badania doświadczalne i teoretyczne nad powstawaniem kowalencyjnie związanych sieci powierzchniowych wniosły istotny wkład w rozwój wiedzy mechanistycznej, jak i istniejących modeli. Na przykład, analizy eksperymentalne i teoretyczne czynników wpływających na samoorganizację powierzchniowych kowalencyjnych struktur organicznych na powierzchni złota otwierają drogę do stworzenia systemów biomimetycznych służących do detekcji i katalizy. Liczne inne badania dostarczyły informacji na temat zachowania się supramolekularnych struktur w realistycznych środowiskach, w tym oddziaływania tlenków metali i grafenu z wodą. Wyniki tych prac mogą znaleźć zastosowanie między innymi w ogniwach słonecznych. Prace związane z wykorzystaniem działania złożonych cząsteczek na powierzchniach umożliwiły zaprojektowanie i opracowanie nowych systemów nanomagnetycznych i technik ich badania. Chiralność, czyli występowanie dwóch postaci cząsteczki, które są wobec siebie asymetryczne i nie nakładają się na siebie, ma kluczowe znaczenie dla opracowywania leków, separacji molekularnej i detekcji. W ramach ważnej analizy badano rozpoznawanie chiralności na powierzchniach w oparciu o oddziaływania molekularne. Opracowano między innymi metody modelowania o rozszerzonych funkcjach, a wyniki analiz przeprowadzonych z ich pomocą są w wysokim stopniu zgodne z wynikami badań doświadczalnych nad zachowaniem się cząsteczek na powierzchniach metali. Dokonano też ważnych postępów w pracach związanych z przygotowaniem powierzchni umożliwiających wykorzystanie rozpoznawania molekularnego w czujnikach i innych urządzeniach. Struktury makrocykliczne wykorzystano do stworzenia szczypiec molekularnych, które mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w detekcji, ale także w molekularnym zapisie i odczycie informacji. Prace nad polimerami ze śladem molekularnym przyniosły przełomowe wyniki i mogą zostać wykorzystane w różnych dziedzinach, od detekcji po ogniwa fotowoltaiczne. Projekt SMALL wspierał rozwój zawodowy młodych naukowców w nowej dziedzinie nanotechnologii molekularnej. Wyniki omawianych prac pomogą Europie utrzymać wiodącą pozycję w tworzeniu urządzeń nowej generacji, umożliwiających rozwiązywanie pilnych problemów w takich dziedzinach, jak biomedycyna, energetyka, ekologiczna produkcja chemikaliów i ochrona środowiska.
Słowa kluczowe
Molekularne, nanotechnologia, powierzchnia, selektywność chemiczna, biomimetyka, chiralność
