凤凰网:“碳基单分子器件研究”目前的研究进行到什么程度了?

郭雪峰:我们团队通过十几年来坚持不懈的努力,在“碳基单分子器件研究”上取得了一系列原创性的研究成果。

我们先后开发了第一代碳纳米管基和第二代石墨烯基的单分子器件,采用独创的虚线刻蚀法完成了具有纳米间隔、末端功能化的石墨烯点电极的制备,进而搭载单分子元件,制备得到具有夹心结构的碳基电极-单分子-碳基电极异质结。

其中,单分子元件可以按照所需求的功能,以分子工程学的方法设计,并通过有机化学的手段来合成。之后,我们通过对分子元件与石墨烯电极的界面调控,成功地实现了单分子的本征功能,pc蛋蛋网站大全:比如可逆可控的光致和电致开关效应等;同样,我们还自主研发了基于离子液体栅、固态栅的单分子场效应晶体管,实现了电路元件的基本功能。另外,石墨烯基电路与单分子元件以稳定的共价键连接,为电子设备的稳定性提供了保障。在不久的将来,经过我们对于碳基单分子器件的高度集成后,便可直接投入到工业的生产。

凤凰网:“碳基单分子器件研究”后续还将给我们带来哪些让人意想不到的惊喜?

郭雪峰:基于单分子器件研究平台,我们发展了单分子电学检测的核心新技术,可实现单分子化学反应动态过程的可视化,为揭示物质相互转化的内在机理和生命本征现象提供新一代的研究手段和谱学方法。

相较于其他的单分子检测手段,单分子电学检测具有超高的时间分辨率、免标记原位无损检测以及对于复杂溶液环境有着很高的耐受性等优势。我们通过碳基单分子器件对一系列的化学变化进行监测:如主客体相互作用,氢键形成动力学等自然界基本弱相互作用;又如基本有机反应:亲核取代、亲核加成、光致异构化等,揭示了这些反应的本征机理,被美国《化学与工程新闻》誉为是“具有教科书清晰”的工作。

碳基单分子电路对生物体系也有着很高的兼容性,结合医学和生命科学发展了单分子生物物理研究的新方向,我们围绕中心法则,整合了单分子光学成像和电学测量,精准描绘了生命活动中单个事件的时空过程。如单个蛋白质检测、DNA杂交、ATP转动等,单分子检测平台易于搭建,具有普适性,有望成为物质科学和生命科学研究的主流方法之一,为揭示复杂化反应和生命现象的本征规律提供独特的新策略,可为疾病的早期预防、精准分子诊断和单分子测序提供可靠的技术基础。

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