項目采用光致異構化合物通過酰胺共價鍵鏈接于具有納米間隙陣列的二維單層石墨烯的間隙形成光致異構化合物-石墨烯單分子器件;采用生物分子鏈接構建了單分子生物傳感器;利用有機半導體小分子構建了性能可靠的2-3納米單分子場效應晶體管。當單個光致異構化合物被橋接于具有納米間隙陣列的二維單層石墨烯之間的納米間隙時,它們具有可逆的光控開關功能和電控開關功能;當生物分子橋連石墨烯電極時,它們具有單分子DNA精準測序的功能;單分子場效應晶體管目前是國際上最小的晶體管,有望為器件微小化產生芯片集成核心技術。
本項目是分子光電子器件的基石,在高度集成的信息處理器/芯片技術、分子計算機和精準分子診斷技術等方面具有巨大的應用前景。
由該方法所制備的分子開關器件,能夠實現高的可逆性和好的重現性,光控開關循環可以超過100個循環,電控開關循環可以達到約105以上。由該方法所制備的單分子場效應晶體管,具有穩定可靠的場效應性能,為世界上最小的(2-3納米)晶體管器件。由該方法制備的單分子生物傳感器,能夠高效精準地識別四種堿基對(AGCT),從而實現單分子DNA的精準測序。 北京大學化學學院著眼國際前沿,在單分子科學與技術領域開展了大量的研究工作,發展了單分子器件制備的突破性方法,實現了世界首例全可逆的單分子開關器件,推動了單分子電子器件的發展;首次定量確定了DNA分子的導電性,發展了單分子電學實時檢測新技術,開拓了單分子科學研究的新領域,在國際著名期刊上發表SCI收錄論文150余篇(IF>10,57篇,其中包括2篇《Science》),促進了北京大學分子材料與器件領域的健康發展。結合國家重大需求,在2-3納米單分子場效應晶體管、單分子精準診斷技術和高靈敏化學/生物檢測器等方面均突破了許多瓶頸技術,引起了科學和工業界的廣泛關注,《Scientific American》、《Nature》、《Science》等期刊和媒體以不同的形式亮點報道過25余次。
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