Team udvikler robust molekylær propel til ensrettede rotationer

Et team af forskere fra Ohio University, Argonne National Laboratory, Universitié de Toulouse i Frankrig og Nara Institute of Science and Technology i Japan ledet af Ohio professor i fysik Saw-Wai Hla og prof. Gwenael Rapenne fra Toulouse udviklede en molekylær propel, der muliggør ensrettet rotation på en materiel overflade, når den får strøm.

I naturen, molekylpropeller er afgørende i mange biologiske anvendelser lige fra svømmebakterierne til intracellulær transport, men syntetiske molekylære propeller, ligesom det, der er udviklet, er i stand til at operere i hårdere miljøer og under en præcis kontrol. Denne nye udvikling er en flerkomponent molekylær propel specielt designet til at fungere på faste overflader. Denne lille propel består af tre komponenter; et skraldeformet molekylær gear som en base, en trebladet propel, og et rutheniumatom, der fungerer som et atomkugleleje, der forbinder de to. Propellens størrelse er kun ca. 2 nanometer (nm) bred og 1 nm høj.

"Det særlige ved vores propel er dens multi-komponentdesign, der bliver chiralt på guldkrystaloverfladen, det vil sige, at det danner gear til højre eller venstre "sagde Hla." Denne kiralitet dikterer rotationsretningen, når den får strøm. "

Hla og hans team har også været i stand til mekanisk at manipulere og registrere molekylets trinvise rotationer. Dette gør dem i stand til at forstå detaljebevægelserne på enkeltmolekylniveau, muliggøre en direkte visualisering af rotationen af ​​de enkelte molekylære propeller fra billeder erhvervet ved hvert rotationstrin.

Rotationen sker ved et anvendt elektrisk felt, ved overførsel af elektronenergi eller ved mekanisk kraft med en scanningstunnelmikroskopspids. Gennem denne strømforsyning, forskere kan styre rotationen og slukke for propellen ved at nægte den energi.

Selvom den molekylære propel, der er udviklet her, er at undersøge for den grundlæggende forståelse af dens funktion, sådanne molekylære propeller kan finde potentielle anvendelser fra katalysatorer til medicin.

Molekylære maskiner er for nylig blevet et populært emne inden for nanoteknologi, med interesse for dette forskningsområde stigende, da Nobelprisen i kemi i 2016 blev uddelt for "design og syntese af molekylære maskiner."

Hlas papir "En chiral molekylær propeller designet til ensrettede rotationer på en overflade" er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .