การประกอบตัวเองของโมเลกุลเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันทั่วไปที่สุดในปัจจุบันสำหรับการผลิตพื้นผิวของโครงสร้างนาโน แนวโน้มต่อไปในการผลิตอุปกรณ์นาโนโมเลกุลคือความสามารถในการควบคุมคุณสมบัติโครงสร้าง-ฟังก์ชันของโครงสร้างนาโนตามความต้องการแบบไดนามิก และการสร้างพันธะไฮโดรเจนแบบกลับได้เป็นกลไกที่แพร่หลายในการควบคุมการประกอบโมเลกุลในระบบทางชีววิทยา และเครือข่ายเหนือโมเลกุลสองมิติที่อาศัยปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่โควาเลนต์ (เช่น พันธะไฮโดรเจน) จะสร้างโครงสร้างนาโนที่ออกแบบขึ้นอย่างเป็นระเบียบและสามารถสลับเปลี่ยนได้ อย่างไรก็ตาม การบรรลุการกลับได้ที่คาดเดาได้ในวัสดุสองมิติ (2D) เทียมยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ศ.เฟอร์นันโด พี. โคเมตโต และทีมงานจากห้องปฏิบัติการนาโนวิทยาศาสตร์โมเลกุลและ IPHYS ที่ Max-Planck-Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) สามารถใช้กล้องจุลทรรศน์แบบสแกนอุโมงค์เพื่อกระตุ้นการสลับของเครือข่าย 2 มิติที่มีพันธะไฮโดรเจนโดยใช้สนามไฟฟ้าภายนอก (EEF) ที่อินเทอร์เฟซของแข็ง/ของเหลว ผลกระทบการสลับของสนามไฟฟ้าภายนอกได้รับการวิเคราะห์โดยการเปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลต่อโมเลกุล (เช่น ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจน) ตลอดจนปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลกับสารตั้งต้นอย่างเป็นระบบด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นและการจำลองพลวัตของโมเลกุล โดยการปรับความสามารถในการเกิดพันธะไฮโดรเจนขององค์ประกอบพื้นฐาน ตลอดจนคุณสมบัติและประจุของสารตั้งต้น คุณสมบัติการสลับจะถูกเหนี่ยวนำหรือหยุดการทำงาน และเอาต์พุตโพลีมอร์ฟิกขั้นสุดท้ายของเครือข่าย 2 มิติจะถูกควบคุม วัตถุประสงค์คือการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการออกแบบและการควบคุมชุดโมเลกุลแบบย้อนกลับได้ในวัสดุ 2 มิติ โดยมีการนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา เช่น เซ็นเซอร์และอิเล็กทรอนิกส์
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าผลของการสลับนั้นไม่ได้เกิดขึ้นโดยเนื้อแท้ แต่เกี่ยวข้องกับมุมมองด้านพลังงานโดยรวมของระบบตัวดูดซับ/สารตั้งต้นภายใต้เงื่อนไขการทดลองที่แตกต่างกัน การทดลองนี้กล่าวถึงความสำคัญของปฏิสัมพันธ์พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลสำหรับกลไกการสลับโดยการแทนที่กลุ่ม -COOH (BTB ถึง C3-Ald) ด้วยกลุ่ม -CHO การปรับเปลี่ยนกลุ่มฟังก์ชันนี้ทำให้พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลอ่อนแอลงและป้องกันการแสดงออกของรูปแบบรูพรุนที่มีพื้นฐานมาจาก CHO จึงยับยั้งการเปลี่ยนจากโครงสร้างที่อัดแน่นและเสถียรเป็นเครือข่ายรูพรุนที่อาจไม่เสถียร ทีมงานยังพบอีกว่าการก่อตัวของสปีชีส์ที่มีโพลาไรซ์ได้นั้นสัมพันธ์กับพลวัตของการหมุนของคาร์บอกซิเลตและการแลกเปลี่ยนโปรตอน ซึ่งเป็นสถานการณ์พลวัตที่ได้รับอิทธิพลจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ซึ่งส่งเสริมการเปลี่ยนโมเลกุลไปยังโครงสร้างที่เสถียรที่สุดโดยอิงจากขั้วของพื้นผิว
จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาเริ่มต้นด้วยกระบวนการแลกเปลี่ยน H หลายกระบวนการระหว่างกลุ่มไดเมอร์-COOH และการหมุนของกลุ่มคาร์บอกซิลที่เกิดขึ้น
โดยสรุป งานนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการออกแบบและการควบคุมชุดโมเลกุลแบบกลับได้ในวัสดุสองมิติ โดยใช้ประโยชน์จากการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในหลากหลายสาขา รวมถึงเซ็นเซอร์และอิเล็กทรอนิกส์
