Mechanisms and dynamics of charge transport in biomolecular junctions
Project goals
Rapid development of biomolecular electronics in recent years, when single-molecular devices utilizing the whole proteins have been manufactured and probed, raised fundamental questions related to charge transfer mechanisms in such components. The electronic-state misalignment on the biomolecule/metal contacts promotes the coherent tunneling mechanism, which is in drastic contrast to conventional electron hopping typical for native redox proteins. Although there is a both experimental and theoretical evidence for the protein-junction tunneling, this phenomenon remains controversial, challenging our knowledge and understanding of quantum transport and electronic behavior of bioorganic matter. To elucidate details of these processes, we propose to track the charge propagation using state-of-the-art quantum-dynamics computer simulation techniques. Performance of such challenging calculations, usually limited to small molecular systems only, can not only bring desired insight into the charge transport processes but it can also move forward limits of applied bio-simulation techniques.
Keywords
biomolecular electronicsheterogeneous interfacescharge transfercomputer simulationsmolecular dynamicsquantum calculations
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202500001
Main participants
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích / Přírodovědecká fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
25-16698S
Alternative language
Project name in Czech
Mechanismy a dynamika nábojových přenosů na biomolekulárních můstcích
Annotation in Czech
Během rychlého rozvoje biomolekulární elektroniky v posledních letech, kdy byly zkonstruovány a proměřeny elektronické součástky využívající jednotlivé proteiny, vyvstaly zásadní otázky týkající se mechanismů přenosu náboje v těchto zařízeních. Posun elektronových stavů na rozhraní mezi biomolekulou a kovovými kontakty vede ke koherentnímu elektronovému tunelování, které je ale v rozporu s konvenčním skokovým mechanismem typickým pro nativní redoxní proteiny. Přestože existují experimentální i teoretická data podporující tunelování na proteinových můstcích, je tento jev stále kontroverzní a v nesouladu s naším dosavadním chápání kvantového transportu a elektronových vlastností bio-organických látek. Abychom objasnily detailů těchto procesů, plánujeme sledovat šíření náboje pomocí počítačových simulací kvantové dynamiky. Provedení takových náročných výpočtů, které se obvykle omezují pouze na malé molekulární systémy, může přinést nejen žádoucí vhled do transportu jevů, ale také posunout hranice aplikovaných bio-simulačních technik.
Scientific branches
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2025
Realization period - end
Dec 31, 2027
Project status
Z - Beginning multi-year project
Latest support payment
—
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Mar 5, 2025
Finance
Total approved costs
5,344 thou. CZK
Public financial support
5,344 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Recognised costs
5 344 CZK thou.
Public support
5 344 CZK thou.
0%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Biophysics
Solution period
01. 01. 2025 - 31. 12. 2027