Franska forskare från CNRS och Universite de Bordeaux, i samarbete med ett kinesiskt team, har utvecklat den första molekylära kolven som kan monteras själv. Deras forskning representerar ett betydande tekniskt framsteg i designen av molekylära motorer. Sådana kolvar kan, till exempel, användas för att tillverka konstgjorda muskler eller skapa polymerer med kontrollerbar styvhet. Resultaten publiceras den 4 mars 2011 i tidskriften Vetenskap .
Levande organismer använder i stor utsträckning molekylära motorer för att uppfylla vissa av sina vitala funktioner, som att lagra energi, möjliggöra celltransport eller till och med röra sig i fallet med bakterier. Eftersom de molekylära layouterna för sådana motorer är extremt komplexa, forskare försöker skapa sina egna, enklare versioner. Motorn utvecklad av det internationella teamet under ledning av Ivan Huc, CNRS-forskare vid enheten "Chimie et Biologie des Membranes et des Nanoobjets", är en "molekylär kolv". Som en riktig kolv, den består av en stång på vilken en rörlig del glider, förutom att stången och den rörliga delen bara är flera nanometer långa.
Mer specifikt, staven är bildad av en smal molekyl, medan den rörliga delen är en helixformad molekyl (båda är derivat av organiska föreningar speciellt syntetiserade för ändamålet). Hur kan den helikoida molekylen röra sig längs staven? Surheten i mediet som molekylmotorn är nedsänkt i styr spiralens förlopp längs staven:genom att öka surheten, helixen dras mot ena änden av stången, eftersom den då har en affinitet för den delen av den smala molekylen. Genom att minska surheten, processen vänds och helixen går åt andra hållet.
Denna enhet har en avgörande fördel jämfört med befintliga molekylära kolvar:självmontering. I tidigare versioner, som har formen av en ring som glider längs en stång, den rörliga delen förs mekaniskt över på stången med extrem svårighet. Omvänt, den nya kolven är självbyggande:forskarna designade den helikoida molekylen specifikt så att den slingrar sig spontant runt stången, samtidigt som den behåller tillräcklig flexibilitet för sina sidorörelser.
Genom att tillåta storskalig tillverkning av sådana molekylära kolvar, denna självmonteringskapacitet lovar gott för den snabba utvecklingen av applikationer inom olika discipliner:biofysik, elektronik, kemi, etc. Genom att ympa ihop flera kolvar ände till ände, det kan vara möjligt, till exempel, att producera en förenklad version av en konstgjord muskel, kan teckna avtal på begäran. En yta med molekylära kolvar kan vid behov, bli en elektrisk ledare eller isolator. Till sist, en storskalig version av stången på vilken flera spiraler kunde glida skulle ge en polymer med justerbar mekanisk styvhet. Detta visar att möjligheterna för denna nya molekylära kolv är (nästan) oändliga.
