【科技前沿】單分子芯片制備實驗技術問世

來源：光明網(wǎng)-《光明日報》

       光明日報北京5月8日電 北京大學化學與分子工程學院郭雪峰教授課題組研發(fā)出成熟的單分子芯片制備實驗技術，主要揭示了石墨烯場效應晶體管的制備與單分子錨定兩大關鍵步驟。這些技術生產(chǎn)的單分子器件具有普適性，將會催生新一代單分子電子設備，并與其他學科交叉融合，推動單分子交叉科學新領域的發(fā)展，例如單分子物理與化學基本物性、單分子化學反應動力學和單分子生物物理的發(fā)展。相關研究成果以《在分子尺度上檢測電子反應的石墨烯-分子-石墨烯單分子結》為題，于日前在國際學術期刊《自然·協(xié)議》發(fā)表。

　　郭雪峰介紹，單分子是物質世界的基本單元，是構造物質世界的基因，也是調控生命過程的關鍵，具有豐富的科學內涵。其中，石墨烯基單分子器件具有確定的界面耦合、高穩(wěn)定性、對復雜環(huán)境的良好耐受性等，有望為探索無限大的底部空間打造強勁引擎。

　　研究過程中，團隊在銅片上通過化學氣相沉積生長高質量單層石墨烯。通過聚甲基丙烯酸甲酯的輔助，在對銅片刻蝕后，將石墨烯轉移至特定尺寸硅片上，以滿足后續(xù)測試需求。之后通過氧等離子體刻蝕，將石墨烯切割為條帶圖案。進一步通過蒸鍍，制備電極陣列，得到石墨烯場效應晶體管。錨定單個分子則需要制備系列間隔的石墨烯電極對。通過電子束曝光，在石墨烯表面旋涂的聚甲基丙烯酸甲酯上制備虛線窗口，結合進一步氧等離子體各向同性刻蝕以及輔助的電燒斷，可得到石墨烯點接觸，進而制備具有羧基末端、納米間隙的電極對。

　　隨后，研究團隊在燒瓶中加入石墨烯芯片，根據(jù)不同分子橋末端的官能團，利用點擊化學或共價縮合制備共價鍵錨定的單分子結。其中，錨定的單個分子可通過電學、光學等多模態(tài)表征得到進一步驗證：包括柵壓依賴性實驗、隨機光學重構超分辨成像、單分子光譜以及非彈性電子隧穿譜。

　　“這些技術利用單個分子制備出光電子器件，為分子電子器件的潛在應用邁出了關鍵一步，有望發(fā)展顛覆性的單分子芯片集成技術和新一代精準分子診斷/測序技術，也有望為揭示物質轉換的內在機理和生命現(xiàn)象的本征規(guī)律提供劃時代的研究范式和譜學方法，進而推動形成單分子交叉科學新的增長點和科技突破口?！惫┓逭f。（記者晉浩天）