Låst bevægelse i molekylær motor og rotor

For at en motor skal drive maskineri, den lokale bevægelse skal oversættes til den ordnede bevægelse af andre dele af systemet. University of Groningen organiske kemikere ledet af professor Ben Feringa er de første til at opnå dette i en molekylær motor. De har produceret en let drevet rotationsmotor, hvor rotationsbevægelsen er låst til den for en sekundær naphthalenrotor. Resultaterne offentliggøres den 2. juni i tidsskriftet Videnskab .

Naphthalenrotoren er fastgjort til motoren med en enkelt carbon-carbon-binding, som tillader den at rotere frit. Men designet af systemet er blevet justeret for at kontrollere dets bevægelse. På samme måde som Månen kredser om Jorden, men holder den samme side mod os, naphthalenrotoren holder den samme relative position til motoren, mens den beskriver en cirkel omkring den.

"Det tog noget vanskelig stereokemi at bygge dette system. Jeg tror, ​​vi har brugt fire eller fem år på at arbejde på det", siger Feringa, som var en af ​​modtagerne af Nobelprisen i kemi i 2016 for sit banebrydende arbejde med molekylære motorer. "Men vi har nu taget et grundlæggende skridt i udviklingen af ​​molekylære maskiner:synkroniseringen af ​​bevægelse."

Balance

I løbet af de fire trin tager det motoren at lave en hel omdrejning, naphthalenrotoren er begrænset i sin bevægelse af resten af ​​molekylet. Sådan er de to bevægelser koblet sammen. "Vi var nødt til omhyggeligt at finde en balance mellem at begrænse rotorens bevægelse, samtidig med at det tillader det at ændre sin position." Teamet designede og byggede to versioner, hvor rotoren enten pegede indad eller udad, og blev skubbet eller trukket af motoren.

Ved at låse to bevægelige dele, Feringa-gruppen har taget endnu et skridt i retning af at bygge molekylære maskiner. "I biologi, du ser mange af disse systemer, hvor molekyler er forbundet på en tand-lignende måde, som kan synkronisere eller forstærke bevægelse. Så vidt jeg ved, dette er aldrig blevet gjort i kunstige systemer som vores eget."

Systemet som Feringa-gruppen beskriver i Videnskab har ingen praktisk anvendelse. "Men vi har nu vist, at det er muligt at overføre bevægelse", siger Feringa. "Ligesom hvordan vi byggede vores første molekylære bil for seks år siden for at vise, at det er muligt at bruge den roterende bevægelse af vores molekylære motor til at skabe retningsbestemt bevægelse på en overflade."