Forskere laver en fotografisk film af en molekylær switch

Molekylære kontakter - de er de molekylære modstykker til elektriske kontakter og spiller en vigtig rolle i mange processer i naturen. Sådanne molekyler kan reversibelt interkonvertere mellem to eller flere tilstande og derved styre molekylære processer. I levende organismer, for eksempel, de spiller en rolle i muskelsammentrækning, men også vores visuelle opfattelse er baseret på dynamikken i en molekylær switch i øjet. Forskere arbejder intensivt på at udvikle nye molekylære komponenter, der gør det muligt at skifte mellem forskellige tilstande, så molekylære processer kan styres specifikt.

Et europæisk forskerhold ledet af nanoteknolog Dr. Saeed Amirjalayer fra universitetet i Münster (Tyskland) har nu fået en dybere indsigt i processerne ved en molekylær switch:Ved hjælp af simuleringer af molekylær dynamik, forskerne producerede en fotografisk film på atomniveau og sporede dermed bevægelsen af ​​en molekylær byggesten. Resultatet var en lysstyret bevægelse af pedalotypen, ' frem og tilbage. Selvom det allerede var blevet forudsagt i denne sammenhæng i tidligere arbejde, det kunne indtil videre ikke direkte bevises.

I fremtiden, resultaterne kan hjælpe med at kontrollere materialers egenskaber ved hjælp af molekylære switches – f.eks. for at frigive lægemidler specifikt fra nanokapsler. "For effektiv indlejring i nye responsive materialer, en detaljeret belysning af omskiftningsprocessen og dermed den måde, de fungerer på på molekylært og atomært niveau, er afgørende, " understreger Dr. Saeed Amirjalayer, gruppeleder ved Institut for Fysik ved Münster Universitet og Center for Nanoteknologi (CeNTech). Undersøgelsen er blevet offentliggjort i The Journal of Physical Chemistry Letters .

Molekylær dynamik simuleringer muliggør, ved at beregne vekselvirkningerne mellem atomer og molekyler, at beskrive deres bevægelse i computeren. I deres nuværende undersøgelse, forskerne undersøgte en azodicarboxamid-baseret molekylær switch på denne måde, ved hjælp af en såkaldt kombineret kvantemekanisk/molekylærmekanisk metode i simuleringerne. "Tidligere eksperimentelle og teoretiske undersøgelser gav kun et indirekte indblik i funktionsmekanismen for en sådan switch i løsning. Ved hjælp af vores teoretiske tilgang, vi kunne nu følge den lysinducerede dynamik, mens vi tog det molekylære miljø i betragtning, " forklarer Saeed Amirjalayer.

Den pedalo-type bevægelse af kontakten, udløst af lys, bevæger sig frem og tilbage - som en cykelpedal. Detaljeret forståelse af betjeningsmekanismen for en foto-responsiv switch danner et vigtigt grundlag for anvendelsen af ​​disse molekylære byggesten i nye "intelligente" funktionelle materialer.

Ud over universitetet i Münster, Universiteterne i Bologna (Italien) og Amsterdam (Holland) var involveret i undersøgelsen. "På trods af de nuværende omstændigheder i kølvandet på Corona-krisen, den grænseoverskridende udveksling med kolleger fra Europa kunne finde sted - praktisk talt, men stadig meget intensivt. Sammen opnåede vi interessante og værdifulde resultater, " siger Saeed Amirjalayer opsummerer samarbejdet.