7. Cấu trúc luận văn
2.1.1. Cấu trúc 2D tự ráp của các nucleobase
Năm loại nucleobase adenine, cytosine, thymine, guanine và uracil được biết với khả năng tự hình thành các liên kết hydrogen tuân theo quy luật bắt cặp A–T, G–C trong phân tử DNA và thêm cặp A–U trong quá trình tổng hợp RNA. Đồng thời các nucleobase đều chứa các vòng thơm với nhiều vị trí cho và nhận proton nên khi tương tác với nhau chúng có khả năng tạo ra nhiều kiểu đơn vị cấu trúc cho vật liệu đơn lớp. Do đó, việc tìm hiểu và khám phá sự tự ráp giữa các nucleobase có giá trị quan trọng để tìm kiếm các cách tự ráp của chúng.
Đến nay đã có khá nhiều nghiên cứu tập trung vào khảo sát khả năng tự ráp của các nucleobase trong các môi trường khác nhau. Trong hệ thống chân không, hiệu ứng môi trường được loại trừ và đó là một hệ thống lý tưởng để nghiên cứu cấu trúc tự ráp của các nucleobase. Các phân tử adenine được lắng đọng trên bề mặt Au(111) và tự tập hợp thành các đảo 2D có trật tự cao được quan sát thấy ở 150 K [53]. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng sự tương tác giữa phân tử với bề mặt Au(111) rất yếu nên sự phát triển của các đảo 2D tự ráp chủ yếu được điều khiển bởi tương tác phân tử – phân tử. Đối với cytosine, các cấu trúc lắp ráp có thể khác nhau đáng kể khi độ che phủ bề mặt khác nhau [31]. Trong đó, mạng lưới các sợi được hình thành từ các đơn vị cấu trúc cơ bản dạng zigzag và các vòng 5, 6 cạnh nối với nhau. Năm 2007, nghiên cứu của Xu và cộng sự cho thấy các phân tử thymine có khả năng tự ráp thành các cấu trúc phân cấp [35]. Ban đầu, các phân tử thymine liên kết với nhau thông qua các liên kết tạo thành sợi, sau đó với sự gia tăng các phân tử T lắng đọng, một số sợi bắt đầu ráp lại với nhau tạo thành một số mảng đảo T nhỏ. Khi độ bao phủ được tăng lên hơn nữa, các đảo 2D của thymine sắp xếp theo trật tự cao. Trên bề mặt Au(111), thông qua việc thực hiện kính hiển vi quét xuyên hầm
33
(scanning tunneling microscopy – STM), người ta thấy rằng các đảo guanine cũng được hình thành từ quá trình tự ráp bởi các khối cấu trúc hình vuông gồm bốn phân tử G (G-quartet). Đáng chú ý các cấu trúc G-quartet này đã được chứng minh có hoạt tính quang học [54], [55]. Trong khi đó, uracil có khả hình thành nhiều loại cấu trúc trên các bề mặt khác nhau [36], [56], ví dụ, trên Au(111) hình thành dạng đảo 2D trong khi trên bề mặt Cu(111) các dạng cấu trúc giống như vương miện (tiara) và zigzag được hình thành [36].