|
مدت‌هاست که مهندسان برق در تلاشند از مولکول‌های زیستی طراحی شده به‌طور مستقیم در
مدارهای الکترونیکی استفاده کنند. حال محققان دانشگاه پنسیلوانیا روشی برای تولید
این ساختارها ابداع کرده‌اند به‌نحوی که ساختارهای تولید شده می‌توانند در هوای
آزاد کار کنند؛ مهم‌تر اینکه یک روش میکروسکوپی جدید برای اندازه‌گیری ویژگی‌های
الکتریکی این ساختارها و ساختارهای مشابه دیگر ارائه کرده‌اند.
در این کار از پروتئین‌های مصنوعی استفاده شده است. این پروتئین‌ها از مارپیچ‌هایی
پپتیدی با یک مولکول فعال نوری در درونشان تشکیل شده‌اند و روی الکترودها آرایش می‌یابند.
زمانی که نور به این پروتئین‌ها تابیده می‌شود، آنها فوتون‌ها را به الکترون‌ها
تبدیل کرده و آنها را به الکترود منتقل می‌کنند.
داون بونل، استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد که این تحقیق را انجام داده است، می‌گوید:
«این کار شبیه مکانیسمی است که هنگام جذب نور توسط گیاهان اتفاق می‌افتد، با این
تفاوت که در اینجا الکترون تولید شده در یک مدار الکتریکی به‌کار می‌رود».
قبلاً چندین گروه تحقیقاتی از آرایش‌های پپتیدی مشابهی در محلول استفاده کرده و
برهمکنش آنها نسبت به نور را بررسی کرده‌اند. اما تاکنون هیچ راهی برای بررسی کمّی
ویژگی‌های الکتریکی این آرایش‌ها، به‌خصوص ظرفیت خازنی آنها، یعنی مقدار باری که
می‌توانند در خود نگهدارند، وجود نداشته است.
بونل می‌گوید: «برای تولید ابزارهای الکترونیکی از این مولکول‌ها، درک این نوع از
ویژگی‌ها کاملاً ضروری است. ما بیش از ۴۰ سال است که سیلیکون را مطالعه می‌کنیم،
بنابراین می‌دانیم در آنجا چه اتفاقی برای الکترون‌ها می‌افتد، اما هیچ تصوری از
اینکه روی الکترودهای خشک حاوی این پروتئین‌ها چه پدیده‌ای روی می‌‌دهد، نداریم.
حتی نمی‌دانیم این پروتئین‌ها پس از اتصال به یک الکترود همچنان از نظر نوری فعال
باقی می‌مانند یا نه».
محققان برای حل این مشکل نوعی روش میکروسکوپی نیروی اتمی به‌نام میکروسکوپی رزونانس
چرخشی نانوامپدانس (torsional resonance nanoimpedance microscopy) ابداع کرده‌اند.
بونل می‌گوید: «ما در این روش از یک نوک فلزی استفاده کرده و یک میدان الکتریکی
نوسانگر را روی آن قرار دادیم. ما می‌توانیم با مشاهده چگونگی واکنش الکترون‌ها به
این میدان الکتریکی برهمکنش‌ها و ویژگی‌های بسیار پیچیده‌تری همچون ظرفیت خازنی را
اندازه بگیریم».
این پژوهشگران نوعی پروتئین خودآرا شبیه پروتئین‌های قبلی خود را طراحی کرده و آنها
را روی ورقه‌ای از الکترودهای گرافیتی مهر زدند. این روش تولید و همچنین قابلیت
اندازه‌گیری ویژگی‌های ابزارهای تولید شده می‌تواند کاربردهای بسیار زیادی داشته
باشد.
جزئیات این تحقیق در مجله ACS Nano منتشر شده است.
|
