Forskare från Hokkaido University har tillverkat en kristall som självständigt vänder fram och tillbaka samtidigt som de ändrar dess vändningsmönster som svar på ljusförhållandena. Deras resultat, publicerad i en tidskrift Chemistry Europe, föra forskare närmare att förstå hur man bygger molekylära robotar som kan åtala komplexa uppgifter.

En mängd självkontrollerade funktioner, som ämnesomsättning, pågår i våra kroppar natt och dag. Forskare vill tillverka material och molekylära arkitekturer som på liknande sätt kan fungera på egen hand.

Hokkaido Universitys fysikaliska kemist Yoshiyuki Kageyama och medarbetare hade tidigare observerat en självdriven oscillerande vändningsrörelse i en kristall bildad av azobensenmolekyler och oljesyra. Azobensenmolekyler är bildade av två ringar som består av kol- och väteatomer, sammankopplade med en dubbel kvävebindning. Dessa molekyler tar emot infallande ljus och omvandlar ljusenergin till mekanisk rörelse, leder till den upprepade vändningsrörelsen.

Forskarna ville bättre förstå vad som driver denna autonoma rörelse, så de genomförde intensiva tester på kristaller som endast består av azobensen.

De fann att molekylerna inuti kristallerna var ordnade i omväxlande glesa och täta lager. De täta lagren håller ihop kristallen och hindrar den från att sönderfalla, medan de glesa möjliggör fotoreaktionen.

Gruppen fann också att kristallen vänt annorlunda, eller inte vänt, när ett polariserat ljus – som svänger i en enda riktning – applicerades med olika vinklar. Detta föreslog att azobensenmolekyler spelar olika roller beroende på deras position i kristallen; När de får ljus, vissa molekyler fungerar som reaktionscentra för att initiera det periodiska beteendet medan andra molekyler modulerar rörelsen.

"Detta autonoma beteende representerar ett svar på information som finns i energikällan, vinkeln för polariserat ljus i detta fall, resulterar i en mängd olika rörelser, " säger Yoshiyuki Kageyama. "Vi hoppas att våra resultat stödjer ytterligare forskning om att konstruera självstyrbara molekylära robotar."