Изобретен «электрический клей», облегчающий соединение электродов с полимерами
Немецкие ученые разработали «электрический клей», позволяющий обратимо
закреплять полимеры на поверхности электродов для формирования
наномасштабных устройств, состояние которых переключается при помощи
электрического тока. Ранее в рамках предыдущих экспериментов было
показано, что молекулы ДНК (биополимер) могут связываться с золотыми
электродами, если должным образом изменить электрический потенциал
поверхности. Но теперь ученые из Германии сделали следующий шаг, который
был необходим для разработки биосенсоров на базе подобных контактов –
подробно исследовали нековалентные взаимодействия между полимером и
электродом.
Работы ученых из разных научных групп привели к
созданию так называемого «электрического клея». Такой «клей» может
активироваться или деактивироваться при помощи внешнего напряжения;
более того, при должном подборе параметров его можно заставить работать в
«обратном» направлении. Т.е. внешнее напряжение может обеспечить
снижение взаимодействия между молекулой полимера и поверхностью
электрода (вплоть до возможности их полного исключения из расчетов).
Однако детали взаимодействия полимера с электродами до конца еще были не
ясны, таким образом, для применения разработанного «клея» на практике,
нужны дополнительные исследования.
Еще один шаг в этом
направлении сделала группа ученых из Ludwig-Maximilians University
(Германия). Они взяли на себя подробные исследования нековалентных
взаимодействий различных полимеров с поверхностью электродов. При этом
для работы с золотыми электродами группа использовала атомный силовой
микроскоп (atomic force microscope, AFM).
Исследователи сначала
создавали серию ковалентных связей различных полимеров с острием AFM, а
затем формировали контакт полученной системы с золотым электродом. При
этом потенциал электрода позволял управлять реакциями окисления и
восстановления на его поверхности. После этого они разрывали контакт
полимера с электродом, измеряя итоговую силу взаимодействия в
зависимости от потенциала электрода с шагом в 10 мВ. Более подробно
результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
В своих
экспериментах ученые использовали три различных типа полимеров:
нейтральный, а также положительно и отрицательно заряженные молекулы. Их
работа показала, что существует небольшое взаимодействие между
электродом и «отрицательным» полимером вблизи максимального приложенного
напряжения в 1В (из-за окисления электрода), и сила этого
взаимодействия увеличивалась при уменьшении внешнего напряжения. Для
«нейтрального» и «положительного» полимера взаимодействие начиналось
примерно с уровня в 0,3 В. В случае с «положительным» полимером
потенциал должен был быть еще занижен для построения прочной связи между
поверхностными ионами электрода и элементами полимера.
Опубликованная
работа немецких ученых показывает, каким образом можно контролировать
взаимодействие полимеров и поверхности, давая пояснения на языке ряда
факторов, от Кулоновских сил, до механизмов окисления или восстановления
поверхности. Т.к. в работе было показано, что сила этого взаимодействия
может контролироваться при помощи внешнего потенциала, становится
возможным извне контролировать адгезию полимеров к электродам, т.е.,
фактически, управлять качеством «электрического клея».
По мнению
ученых, данная работа имеет большие перспективы в области разработки
всевозможных биосенсоров, представляющих собой соединения полимеров,
«подключенные» к электродам.
Екатерина Баранова Также по теме:
Источники:
|
