2017年10月20日
亚利桑那大学的工程师们通过实验验证了电化学过程控制电荷转移率从一个有机聚合物生物标记分子,使用普通材料和测量技术使他们的结果广泛可访问和可再生的。欧洲杯足球竞彩
艾琳·拉特克利夫称,左,和本科生Zachary Kushlan检查有机半导体薄膜在·拉特克利夫称实验室准备。亚利桑那大学
他们的研究结果发表在自然通讯,将推进有机生物电子学领域,尤其是在医药、能源存储技术的应用,如电池和燃料电池。
一个自然的挑战
电子转移反应基本过程在生物学、化学、物理和工程,电子从一个分子转移到另一个分子或物质。电子转移驱动从光合作用和呼吸作用到电子产品。理解这些反应的机制和利率可以控制电子设备的感应能力和输出信号,比如太阳能电池和生物医学传感器。
合作者艾琳·拉特克利夫称,在材料科学与工程助理教授,博士后梅勒妮鲁道夫已经证明了新方法实现选择性生欧洲杯足球竞彩物标记欧洲杯线上买球设计更好的生物传感器。选择性是通过处理聚合物以这样一种方式,它精确地控制速度本身和一个生物标记分子之间的电荷转移。
今天大部分的电子产品是由无机半导体材料硅。欧洲杯足球竞彩他们是非常有效的,但生产成本和有限与生物系统的兼容性。
“传统电子材料是硬和脆,在灵活的可穿戴的结构,因欧洲杯足球竞彩此容易失败,”·拉特克利夫称说。“现有植入式心脏除颤器等生物医学电子设备取得了非凡的成功,但可穿戴和植入式有机生物电子学的潜力是惊人的。”
在快速增长的有机生物电子学领域,工程师们使用有机或碳基导电聚合物生产电子产品的低成本和轻量级的,灵活的和可穿戴,容易印刷。
这些有机生物电子学可能包括软、可伸缩的和透明的离子泵给药;可佩带的绷带,瞄准一个数以百计的生物标志物的汗水;或生物神经组织移植,使截肢来操纵一个机器人手臂,手和手指。
之间的电欧洲杯足球竞彩荷转移反应材料操作的有机导电聚合物和周围的环境。这些反应是非常不同的无机材料和电解质之间的比。欧洲杯足球竞彩通过更好的理解这些过程,研究人员可以操纵性能的有机聚合物产生更多的生物相容性的设备,人类和机器之间的界限变得模糊。
新领域的实验
在他们的论文中,·拉特克利夫称,鲁道夫描述第一批实验来测试电化学系统中电子转移的主要理论与有机聚合物。
研究人员展示了Marcus-Gerischer模型,基于工作的理论物理学家、诺贝尔奖得主鲁道夫·马库斯和electrochemist海因茨Gerischer末。马库斯理论解释了电子转移反应的速度从一个分子转移到另一个;Gerischer扩大了理论来解释在溶液中分子间电荷转移反应(电解质)和固体材料与导电特性,如金属和半导体。欧洲杯足球竞彩
UA研究导致了两个重要的发现。
首先,研究小组表明,电子转移的速率从聚合物电解质直接取决于应用的能量:电压越大,电子转移的速率越快。这是正常的电荷转移政权马库斯理论化。
第二,更令人兴奋,为研究人员是他们演示马库斯的反向电荷转移理论,即随着电压应用于化学系统的增加,电子转移速率急剧放缓。
“在我们的实验中,我们结合马库斯和Gerischer公式和应用他们展示独特,但可预见的,电子界面电荷转移机制的有机聚合物和电解质,”·拉特克利夫称说。“我们几乎完全相同的反向曲线产生预期基于Marcus-Gerischer模型。”
“我理解反向电荷转移的理论,但我真的很惊讶地获得这些结果在实验室里一次又一次,”鲁道夫说。
一个未来的研究的框架
·拉特克利夫称,鲁道夫使用一个模型分子,ferrocenedimethanol——标准的电化学研究和广泛研究薄膜高分子材料聚(3-hexylthiophene),或P3HT。他们在聚合物薄膜玻璃幻灯片,并把它与电解质溶液相接触。通过使用一种电化学光谱,·拉特克利夫称和鲁道夫分析了电子转移和离子分布在微秒,秒。
整体证明电子转移他们的发现在导电有机聚合物和电解质的界面直接控制的聚合物的电子结构,未来的一个主要设计准则有机生物电子学应用。
“我们建议材料科学家和工程师寻找如此,使用分子欧洲杯足球竞彩工程的工具,他们可以合成先进材料所要求的结果,”鲁道夫说。
“任何时候你想出一个实验的基本框架,它将一个字段,“·拉特克利夫称补充道。
来源:http://engr.arizona.edu/