单分子晶体管和分子诊断技术

项目采用光致异构化合物通过酰胺共价键链接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯的间隙形成光致异构化合物-石墨烯单分子器件；采用生物分子链接构建了单分子生物传感器；利用有机半导体小分子构建了性能可靠的2-3纳米单分子场效应晶体管。当单个光致异构化合物被桥接于具有纳米间隙阵列的二维单层石墨烯之间的纳米间隙时，它们具有可逆的光控开关功能和电控开关功能；当生物分子桥连石墨烯电极时，它们具有单分子DNA精准测序的功能；单分子场效应晶体管目前是国际上最小的晶体管，有望为器件微小化产生芯片集成核心技术。

本项目是分子光电子器件的基石，在高度集成的信息处理器/芯片技术、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。

由该方法所制备的分子开关器件，能够实现高的可逆性和好的重现性，光控开关循环可以超过100个循环，电控开关循环可以达到约105以上。由该方法所制备的单分子场效应晶体管，具有稳定可靠的场效应性能，为世界上最小的（2-3纳米）晶体管器件。由该方法制备的单分子生物传感器，能够高效精准地识别四种碱基对（AGCT），从而实现单分子DNA的精准测序。北京大学化学学院着眼国际前沿，在单分子科学与技术领域开展了大量的研究工作，发展了单分子器件制备的突破性方法，实现了世界首例全可逆的单分子开关器件，推动了单分子电子器件的发展；首次定量确定了DNA分子的导电性，发展了单分子电学实时检测新技术，开拓了单分子科学研究的新领域，在国际著名期刊上发表SCI收录论文150余篇（IF>10，57篇，其中包括2篇《Science》），促进了北京大学分子材料与器件领域的健康发展。结合国家重大需求，在2-3纳米单分子场效应晶体管、单分子精准诊断技术和高灵敏化学/生物检测器等方面均突破了许多瓶颈技术，引起了科学和工业界的广泛关注，《Scientific American》、《Nature》、《Science》等期刊和媒体以不同的形式亮点报道过25余次。