Photochromism - Logic and Biologic Approaches
Doktorsavhandling, 2013

Photochromism is the light-induced colour change of molecules called photo-chromic compounds. The isomerisation causes changes in the electronic properties of the molecules and rearrangements of bonds which can be used in many more applications than the observed colour change. In this thesis photochromism has been used in molecular logic as well as biologic applications. In molecular logic the photochromic compounds have been used to realise logic gates which function in the same way as the traditional logic devices based on silicon found in any computer, the difference being that optical signals are used rather than electronic. The design and interpretation of a molecular memory and logic gates are presented. In biology, where often a binary on-off process is desired, DNA-binding of photochromic spiropyrans as well as their pH-dependent behaviour in aqueous solution are presented. Together these investigations are demonstrated as examples of how to use photochromism in logic as well as biologic applications.

DNA-binding

molecular logic

dithienylethene

photochromism

DNA

photoswitch

spiropyran

Kollektorn
Opponent: Professor Françisco Raymo, University of Miami, USA

Författare

Martin Hammarson

Chalmers, Kemi- och bioteknik, Fysikalisk kemi

Molecular AND-logic for dually controlled activation of a DNA-binding spiropyran

Chemical Communications,; Vol. 46(2010)p. 7130-7132

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Molecular Implementation of Sequential and Reversible Logic Through Photochromic Energy Transfer Switching

Chemistry - A European Journal,; Vol. 17(2011)p. 6492-6500

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Photochromic Supramolecular Memory With Nondestructive Readout

Angewandte Chemie - International Edition,; Vol. 49(2010)p. 1854-1857

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Fotokromism är förmågan för ett ämne att ändra färg vid exponering av ljus. En känd tillämpning av detta fenomen är fotokroma solglasögon som blir mörkare när de utsätts för solljus (UV-ljus) men som inomhus återgår till att vara nästan genomskinliga. Men denna färgändring är egentligen ett resultat av en omstrukturering av molekylernas bindningar vilket påverkar fler egenskaper än färgen. Fotokromer kan därför potentiellt användas i många andra avseenden. I min forskning har jag studerat ett antal fotokromer och undersökt hur deras reaktion med ljus kan användas inom molekylär logik och inom biologin. Med molekylär logik menas användandet av molekyler till att göra logiska operationer på samma sätt som de som utförs i alla elektroniska kretsar. Det härstammar från idén om att göra något ännu mindre än transistorn vilket i praktiken innbär att man får gå ner på molekylnivå. Fotokromer som binärt kan byta egenskaper med hjälp av ljus har därför visat sig vara mycket bra kandidater för att åstadkomma logiska operationer vilket jag har visat med hjälp av bland annat ett molekylärt minne och en logisk krets. Jag har också undersökt hur en fotokrom endast i sin ena form kan binda till DNA med hjälp av ljus för att på så sätt åstadkomma ljuskontrollerad DNA-bindning. Denna effekt kan potentiellt ha användning vid framtida läkemedel inom cancerforskning även om min forskning i många avseenden bara demonstrerat principen.

Ämneskategorier

Fysikalisk kemi

Fundament

Grundläggande vetenskaper

ISBN

978-91-7385-892-2

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 3573

Kollektorn

Opponent: Professor Françisco Raymo, University of Miami, USA