برای اینکه یک تک‌لایه خودآرا (SAM) روی یک سطح در کاربردهای واقعی مفید باشد، باید هندسه پایدار و قابل کنترلی داشته باشد. محققان دانشگاه Penn State و شرکت سیگما-آلدریچ روشی برای کنترل هندسه و پایداری تک‌لایه‌های خودآرا با استفاده از ایزومرهای محتلف کربوران تیول (مولکول‌های قفسی شکل) یافته‌اند.
کربوران‌ها، گروه جدیدی از ترکیبات مستعد خودآرایی
برای اینکه یک تک‌لایه خودآرا (SAM) روی یک سطح در کاربردهای واقعی مفید باشد، باید هندسه پایدار و قابل کنترلی داشته باشد. محققان دانشگاه Penn State و شرکت سیگما-آلدریچ روشی برای کنترل هندسه و پایداری تک‌لایه‌های خودآرا با استفاده از ایزومرهای محتلف کربوران تیول (مولکول‌های قفسی شکل) یافته‌اند.
پروفسور پاول ویس، استاد برجسته شیمی و فیزیک دانشگاه Penn State و رهبر گروه تحقیقاتی این دانشگاه می‌گوید: «یافته‌های ما امکان کنترل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی تک‌لایه‌های خودآرا بدون تغییر ساختار آن را فراهم می‌آورد. توانایی کنترل این ویژگی‌ها ما را قادر به ساخت تک‌لایه‌هایی می‌کند که به‌‌عنوان مثال می‌توانند به صورت انتخابی مولکول‌های زیستی خاص را از مخلوط‌های پیچیده جدا کنند. این مولکول‌های کربوران تیول موجب تولید تک‌لایه‌هایی با کیفیت بالا می‌شوند که عمدتاً به دلیل سادگی این مولکول‌هاست. ما در حال تلاش برای توسعه یک روش ساده و اقتصادی برای کنترل شیمی سطح از مقیاس یک ویفر (چندین سانتی‌متر) گرفته تا مقیاس تک‌مولکولی (زیر نانومتر) هستیم».
این گروه تحقیقاتی با استفاده از دو ایزومر مختلف کربوران تیول، تک‌لایه‌های خودآرایی ساختند که هندسه و قدرت برهمکنش انتخابی مشابهی داشتند. آنها دریافتند که به‌راحتی می‌توانند ویژگی‌های شیمیایی این تک‌لایه‌های خودآرا، همچون مقاومت شیمیایی و ترشوندگی آنها را کنترل کنند. ویس می‌گوید: «زیبایی تک‌لایه‌های خودآرا این است که با یک فیلم نازک به ضخامت یک یا دو نانومتر می‌توانیم به طور کامل ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی، و زیستی سطوح را تغییر دهیم».
این محققان برای ساخت تک‌لایه‌های خودآرای جدید آزمایش‌های مجزایی ترتیب داده و در آنها یکی از انواع مولکول‌های کربوران تیول (ایزومر متا-۱،M1، یا متا-۹، M9 ) یا هر دوی آنها را از طریق پیوند گوگرد-طلا به یک سطح طلایی متصل نمودند. هر یک از قفس‌های کربورانی از ۱۰ اتم بور و ۲ اتم کربن تشکیل شده‌اند. اتم‌های کربن ساختار شش کوئوردینه غیرعادی دارند که به آنها بار مثبت می‌دهد. در نتیجه قفس‌های کربوران یک ممان دوقطبی دارند که یا تقریباً موازی سطح تک‌لایه خودآرا بوده (برای M1 که در آن گوگرد به یک اتم کربن در قفس کربورانی متصل است) و یا تقریباً عمود بر این سطح است (برای M9 که در آن گوگرد به یک اتم بور در قفس کربورانی متصل است). ویس می‌گوید: «مولکول‌های M1 و M9 ساختار مشابهی روی سطح تک‌لایه خودآرا تشکیل می‌دهند، اما مولکول‌های M1 تک‌لایه را پایدارتر می‌کنند، در حالی که مولکول‌های M9 آبدوستی آن را افزایش داده یا به عبارتی خاصیت ترشوندگی آن را بهبود می‌بخشند. هر دوی این ویژگی‌ها می‌توانند در کاربردهای مختلفی مفید باشند».
نتایج این تحقیق در شماره مارس ۲۰۰۹ مجله ACS Nano منتشر شده است.
