Ny forskning har visat hur en syntetisk egentillverkad fiber kan styra molekylära rörelser som kan drivas av ljus över långa avstånd, en upptäckt som kan bana väg för nya sätt att använda ljus som en källa till hållbar energi.

Forskare från University of Nottingham har för första gången använt en väg av sammansatta molekyler, vätskor som resande molekyler kan drivas fram med av ljus. Forskningen "Ljuskontrollerad molekylär rörelse i mikronskala" har publicerats idag i Naturkemi .

Professor David Amabilino från School of Chemistry vid University of Nottingham är en av de ledande forskarna, han förklarar:"I levande organismer, molekylära motorer färdas längs specifika molekylära banor, det är en väsentlig del av cellfunktionen. Vi har visat att en syntetisk egentillverkad molekylfiber i en vätska beter sig som en väg för en molekylär resenärs rörelse över en sträcka 10, 000 gånger dess längd. Ljus fungerar som bränsle för att uppmuntra rörelsen, medan en molekylär omkopplare inblandad i systemet tydligen driver resenären på väg.

Systemet emulerar, för första gången, rörelse av det slag som sker längs fibrer i celler. Detta är en mycket spännande upptäckt eftersom om vi kan hitta sätt att utnyttja ljusets potential i denna process så kan det bana väg för användning i ljusaktiverade läkemedel, nya sätt att utnyttja ljusenergi som en kraftkälla och att skapa nya hållbara sätt att utföra kemiska uppgifter."

Teamet använde interaktioner mellan motsatt laddade kemiska grupper och skapade rörelse till detta statiska system genom att introducera en switchande molekyl, som flaxar fram och tillbaka ganska snabbt, in i fibrerna. Att skina ett ljus på detta försvagar resandemolekylernas interaktion med banan när de rör sig längs den, som kan vara på något avstånd. Om molekylen var vår storlek, de skulle förflytta sig motsvarande 10 km.

Värme frigörs när omkopplingsmolekylerna bestrålas, och att värme har en lokal effekt som hjälper resenären att röra sig, så den mekaniska rörelsen av omkopplaren, och värmen som frigörs när den gör det, är viktiga för att få systemet att fungera.

Tekniken som teamet använde för att observera dessa effekter är ett speciellt optiskt mikroskop som gjorde det möjligt att samtidigt excitera molekylerna – vilket fick dem att röra sig – och observation av dem när de ger ljus tillbaka ut (de resande molekylerna är fluorescerande).

Medförfattare till studien Mario Samperi tillägger:"Systemet vi har förberett är mycket känsligt för lösningsmedlet i vilket fibrerna bildas.  I en vätska som är lika stark som stark whisky, de resande molekylerna rör sig längs fibrerna till en annan plats, medan när vätskan är styrkan av svagare limoncello, ringar av omarrangerade fibrer bildas där resenärerna har rört sig och införlivats i det nybildade cirkulära spåret.

Vi vill kunna transportera andra molekyler från en plats till en annan på ett kontrollerat sätt, så att de resande molekylerna kan bära ett paket från en plats till en annan, efterlikna naturen, men använder ljus som energi."