为了生存，病毒总是斗志旺盛，它落在一个不起眼的宿主细胞上，并用管状尾巴的末端抓住表面。然后，尾巴中的蛋白质一致收缩，使其结构像被踩踏的弹簧一样变平，并卷起病毒的身体以进行致命一击。

半导体晶体分子团队合作实现有机梦想

由于蛋白质的协作，尾巴可以轻松弯曲和变平。这个过程称为分子协同性，经常在自然界中观察到，但在非生命系统中很少见。

贝克曼高级科学技术研究所的研究人员发现了一种在有机半导体中触发这种合作行为的方法。这种节能省时的现象可能有助于提高智能手表、太阳能电池和其他有机电子产品的性能。

他们的工作被NatureCommunications接受发表。

“我们的研究通过释放病毒等自然生物用来适应和生存的相同动态特性，使半导体栩栩如生，”贝克曼研究所研究员、该研究的合著者YingDiao说。

病毒可能已经掌握了分子协同性，但晶体却不能这样说：按对称性分类的非生命分子结构。尽管在美学上令人愉悦，但构成晶体结构的分子具有天后般的性格，很少一起工作。取而代之的是，他们通过一次一个分子缓慢地完成结构转变来考验研究人员的耐心——这一过程以从碳中生长出来的钻石得到了著名的证明，这需要酷热、巨大的压力，并且需要在地球深处隔离数千年。

“想象一下，一块一块地拆下精心制作的多米诺骨牌。这既费力又费力，一旦你完成了，你很可能没有精力再试一次，”该研究的主要作者兼研究员丹尼尔戴维斯说。研究期间的贝克曼研究所。

相比之下，合作转变发生在分子同步改变结构时，就像一排多米诺骨牌无缝地流向地板。这种协作方法快速、节能且易于逆转——这就是导致大肠杆菌感染的病毒可以不知疲倦地收缩其富含蛋白质的尾巴而几乎没有能量损失的原因。

长期以来，研究人员一直在努力在非生命系统中复制这种合作过程，以获得其节省时间和能源的好处。Diao和Davies对这个问题特别感兴趣，他们想知道分子团队合作会如何影响电子行业。

“分子协同性有助于生命系统快速有效地运行，”戴维斯说。“我们想，‘如果电子设备中的分子协同工作，这些设备能否显示出同样的好处?’”

Diao和Davies研究有机电子设备，这些设备依赖于由氢和碳等分子制成的半导体，而不是硅等无机材料，硅是当今市场上饱和的笔记本电脑、台式机和智能设备中无处不在的成分。

“由于有机电子产品是由与生物相同的基本元素制成的，比如人，它们为应用开启了许多新的可能性，”Diao说，他也是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学和生物工程副教授。“在未来，有机电子产品可能能够附着在我们的大脑上以增强认知，或者像创可贴一样佩戴以将我们的身体热量转化为电能。”

Diao研究太阳能电池的设计：薄薄的窗户可以吸收阳光并转化为电能。戴维斯说，可以弯曲而不会破裂并贴合人体皮肤轮廓的有机半导体同样将成为“有机电子设备未来的重要组成部分”。

这确实是一个光明的未来，但设计像这样的动态有机电子产品的重要一步是塑造动态有机半导体。为此，半导体分子必须合作。

多米诺骨牌激发了研究人员在半导体晶体中触发分子团队合作的方法。他们发现，重新排列从分子核心(也称为烷基链)中释放出来的氢原子和碳原子团簇会导致分子核心本身倾斜，从而引发研究人员称之为“雪崩”的全晶体崩解链。

“就像多米诺骨牌一样，分子不会从它们固定的地方移动。只有它们的倾斜度会发生变化，”戴维斯说。

但是，倾斜一串分子既不像拿起多米诺骨牌并将其旋转90度那样容易，也不像触觉那么容易。在比塑料游戏块小得多的规模上，研究人员逐渐对分子的烷基链施加热量;升高的温度引发了多米诺骨牌效应。

使用热量重新排列分子的烷基链也会导致晶体本身收缩——就像大肠杆菌感染前病毒的尾巴一样。在电子设备中，此属性转化为简单的温度感应开关。

这一发现的应用尚未完全实现;目前，研究人员对第一步感到兴奋。

“最令人兴奋的部分是能够观察到这些分子是如何变化的，以及它们的结构在这些转变过程中是如何演变的，”戴维斯说。

来自普渡大学、中国科学院和阿贡国家实验室的研究人员通过国际规模的团队合作，释放分子合作的潜力成为可能。拉曼光谱在贝克曼研究所显微镜套件中进行。