Ett team av kemister vid LMU har framgångsrikt kopplat den riktade rörelsen av en ljusaktiverad molekylmotor till en annan kemisk enhet-och därmed tagit ett viktigt steg mot förverkligandet av syntetiska nanomaskiner.

Molekylära motorer är kemiska föreningar som omvandlar energi till riktade rörelser. Till exempel, det är möjligt att få en substituent kopplad till en specifik kemisk bindning att rotera enriktad när den utsätts för ljus med en viss våglängd. Molekyler av detta slag är därför av stort intresse som drivenheter för nanomaskiner. Dock, för att utföra användbart arbete, dessa motorer måste integreras i större aggregat på ett sådant sätt att deras mekaniska rörelser effektivt kan kopplas till andra molekylära enheter. Än så länge, detta mål har förblivit utom räckhåll. LMU -kemisten Dr. Henry Dube är en känd specialist inom molekylära motorer. Nu har han och hans team tagit ett viktigt steg mot uppnåendet av detta mål. Som de rapporterar i den berömda tidskriften Angewandte Chemie , de har lyckats koppla den enriktade rörelsen av en kemisk motor till en mottagarenhet, och visat att motorn inte bara kan få mottagaren att rotera i samma riktning utan samtidigt påtagligt accelerera dess rotation.

Molekylmotorn i Dubes setup är baserad på molekylen hemithioindigo, som innehåller en mobil kolbindning (-C =C-). När föreningen utsätts för ljus med en specifik våglängd, denna bindning roterar enriktat. "I en uppsats som publicerades 2018, vi kunde visa att denna riktade dubbelbindningsrotation kunde överföras med hjälp av en molekylär 'kabel' till enkel kolbindningsrotationen för en sekundär molekylenhet. fluktuationer. Men, tack vare den fysiska kopplingen mellan dem, den enkelriktade rörelsen för den ljusdrivna motorn överförs till enkelbindningen, som tvingas rotera i samma riktning. "

För att verifiera att den "motoriserade" bindningen aktivt driver rörelsen för enkelbindningen, och inte bara förspänna dess rotationsriktning, Dube och kollegor lade till en broms i systemet som reducerade termiska rörelserna hos enkelbindningen. Modifieringen säkerställde att motorn skulle behöva spendera energi för att övervinna bromsens effekt för att få enkelbindningen att rotera. "Detta experiment gjorde det möjligt för oss att bekräfta att motorn verkligen bestämmer rotationshastigheten för enkelbindningen - och faktiskt ökar den med flera storleksordningar, "Förklarar Dube.

Tagen tillsammans, dessa resultat ger oöverträffade detaljerade insikter om hur en integrerad molekylär maskin fungerar. Dessutom, den experimentella installationen gjorde att författarna kunde kvantifiera den potentiella energin som finns tillgänglig för att driva nyttigt arbete, vilket ger den första indikationen på hur mycket arbete som effektivt kan utföras med en enda molekylmotor under realistiska förhållanden. "Vår nästa utmaning blir att visa att energin som överförs i detta system verkligen kan användas för att utföra användbart arbete på molekylskala, "säger Dube.