En studie publicerad i Chemistry—A European Journal presenterar en proof-of-princip design av molekylära motorer.
"Artificiella molekylära motorer är molekyler som absorberar ljus från en extern källa, som solljus, och omvandlar energin i ljus till kinetisk energi", säger Bo Durbeej, professor vid Linköpings universitet (LiU), som lett studien.
"Molekylära motorer" kan låta som science fiction, men i kroppen finns det många biologiska molekylära motorer som driver muskler och transporterar ämnen inuti celler. Forskare inom kemi och nanoteknik har länge siktat på att utveckla artificiella molekylära motorer, som kan vara användbara inom flera områden i framtiden. Möjliga tillämpningar inkluderar att använda dem för att leverera medicinska läkemedel till rätt plats i kroppen eller för att lagra solenergi.
Men en motor i sig räcker inte. En bil som bara har en motor eller en motor men utan hjul skulle inte komma långt. Kraften från motorn måste överföras – till hjulen, när det gäller bilen – och detta sker via en växellåda. På samma sätt är nästa steg inom detta forskningsfält att konstruera molekylära kugghjul som kan överföra den kinetiska energin från en del av en molekyl till en annan. Framtida applikationer är beroende av att kunna använda rörelsen någon annanstans än där den skapades.
"Många forskare har länge försökt att konstruera molekylära kugghjul. Vi har utvecklat en designprincip för hur man överför den roterande rörelsen till en annan del av ett molekylärt system och har fullständig kontroll över rotationsriktningen. Tidigare konstruktioner har inte kunnat kontrollera roterande rörelse", säger Bo Durbeej.
En stor utmaning med att utveckla ett molekylärt fotoredskap är att den del som du vill rotera, "propellern", är fäst vid resten av molekylen med en enkelbindning. Enkelbindningar roterar mycket lätt, vilket gör det svårt att kontrollera riktningen. Men LiU-forskarna har nu lyckats lösa detta problem genom att hitta en funktionell kombination av flera faktorer, bland annat avståndet mellan propellern och den del av molekylen som utgör själva "motorn".
Forskarna har bekräftat att deras design fungerar genom att göra beräkningar och avancerade datorsimuleringar på superdatorer vid Nationellt superdatorcentrum i Linköping som tillhandahålls av Svensk Nationell Infrastruktur för Computing, SNIC, och Nationell Academic Infrastructure for Supercomputing i Sverige, NAISS.
"Vi har nu visat att vår designprincip fungerar. Nästa steg är att utveckla molekylära fotoredskap som är så lätta som möjligt att syntetisera", säger Durbeej.
Mer information: Enrique M. Arpa et al, A Proof-of-Principle Design for Through-Space Transmission of Unidirectional Rotary Motion by Molecular Photogears**, Chemistry—A European Journal (2023). DOI:10.1002/chem.202303191
Journalinformation: Chemistry – A European Journal
Tillhandahålls av Linköpings universitet
